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山东轻工业学院学年第学期《无机材料物理性能》期07/082末考试（卷）答案A
一、解释下列专业术语或者符号的物理意义（分）
20、（强度的）尺寸效应同一材料，大试件强度偏低，小试件强度高的现象
1、弹性形变指在外力作用下产生形变，外力除去后可以瞬间恢复的形变
2、极化率单位电场强度下，质点电偶极矩的大小指局部电场3E、介电强度在外电场作用下，物体由介电状态变为导电状态，称为介质的破坏或4者介质的击穿，此临界电场强度称为物体的介电强度、亚铁磁性两种磁矩方向相反，大小不等产生的自发磁化现象
5、第一类超导体惟独一个临界磁场，两种状态超导态和正常态或者用图象表6不、压电常数表示压电材料机电之间的耦合效应
7、应力弛豫如果施加恒定应变，则应力将随时间而减小
8、铁电性晶体具有自发极化，在外电场作用下自发极化能可逆转动的性质
9、本征电导指晶格中基本质点随着热振动离开平衡位置形成热缺陷，该10缺陷的迁移称为本征电导
二、铁原子的原子序数是其未被抵消的自旋磁矩是多少？（一个电子的自旋磁矩26,近似等于一个玻尔磁子）（分）|Jo10B除子层外,各层22s22P63s23P63d64s2,3d写出铁原子的核外电子排布，1s均被电子添满，自旋磁矩被抵消根据洪特规则，电子在子层中应尽可能3d填充到不同的轨道，并且自旋尽量在同一方向上因此个轨道除一个必须5添入个电子外，其余个轨道均惟独一个电子，且这些电子的自旋方向平24行，因此总的自旋磁矩为4|j oD要点.核外电子排布电子排布简图以及其说
12.3D TT tT明.答案口34|J D
三、有一构件，实际使用应力为现有以下两种钢材待选甲钢，
1.3GPa,1/21/2；乙钢，设=
1.95GPa,K|c=45MPa m“$=
1.56,K=75MPamys lc几何形状因子丫最大裂纹尺寸试问应该选择哪种钢材？为=152c=2mm什么？（分）15见教材页例题说明两种方法得出截然相反的结果按照断裂力学的观51点选材，既安全可靠，又能充分发挥材料的强度，合理使用材料而按照传统观点，片面追求高强度，其结果非但不安全，而且还埋没了乙钢这种非常合用的材料答案要点.传统方法计算；.断裂力学计算；.裂纹半长；.强度高未必安全；1234两种方法对照讨论
5.
四、在硅单晶中掺入极少量的碑）原子，可使硅的导电能力显著增加，请画出（As能结构简图，说明导电能力显著增加的原因、形成为了何种半导体若在材料表面产生氧气吸附反应，表面电导率如何变化？（本题满分分）15五价的确与形成共价键时多余一个电子，即提供一个施主能级，此能级Si离导带底很近，只差比满带中的电子容易激发的多，形成电子导电，使导电
0.05eV,能力大大增加掺入施主杂质的半导体称为型半导体n-在此材料表面产生氧气吸附反应，氧气得到电子，使半导体表面空间电荷层中的载流子浓度减小，形成耗尽层，因此表面电导率降低答案要点.能带结构简图中附加能级正确；简要描述形成型半导体过
12.n-程,；.负电吸附，电导率降低3
五、答案临界淬冷温差表示在此淬冷温差下，材料中的热应力达到了材料的强度，材料产生断裂破坏是材料可以承受的最大淬冷温差，可以表明材料抗热震性能的优劣根据热应力大于等于材料强度时，材料发生热震破坏，假定模数Biot p-8,可以由计算出两种材料的淬冷温度差，氧化铝和石英玻=E aAT璃浮现差异的原因主要与膨胀系数有关系，得出低膨胀材料抗热震性能好的结论（分）15要点.临界淬冷温差的概念；.计算过程及其结果；.低膨胀材料抗热震性能123好
六、判断题（分）
10.正确.错误,正确.正确.错误.正确,正确1234567,错误.错误正确
8910.
七、分析比较石英玻璃、石英陶瓷与石英晶体的透光性（分）10石英玻璃的透光性大于石英晶体的透光性大于石英陶瓷的透光性材料的透光性取决于材料对光的吸收、散射及表面反射由于三种材料属于同一材质，可以认为吸收系数相等，因此透光性的大小只要比较对光的反射和散射损失的能量即可玻璃是无定形结构，折射率比晶体小，反射系粉n1数）212（，由此造成的反射损失比晶体小，透光性最好；晶体因折射Rn121率大造成反射系数大，透光性次之；石英陶瓷属于多晶体，除了因反射系数大造R成反射损失大以外，还存在晶界反射损失，由于晶界数量巨大，造成了光的散射，其透光性最差要点.透光顺序；讨论折射率对反射的影响；.散射的影响
12.3
八、超导元素同位素定律分）（5T MC超导元素的临界温度与元素c，T的平均原子量的乘积，为一常数表示电子的性质，而则代表了晶格振动的M TM性质，即声子的性质超导元素同位素定律反映了电子与声子的相互作用决定了临界温度的高低要点.公式正确；表示电子的性质；则代表了晶格振动的性质；
12.T
3.M电子与声子的相互作用
4.山东轻工业学院学年第学期《无机材料物理性能》期07/082末考试（卷）B
一、解释下列专业术语或者符号的物理意义（分）
30、塑性形变指在外力作用下产生形变，外力除去后不能恢复的形变
1、热电性极性晶体由于温度变化引起极化强度的改变，导致产生电荷的现象
2、抗热冲击断裂性材料承受温度的剧烈变化时，反抗瞬时断裂的性能
3、亚铁磁性磁矩罗列方向相反，大小不等，两种磁矩之差产生的自发磁化
4、霍尔效应在方向输入电流，方向施加一磁场，则在方向会产生一电场的现5123象、极化强度单位体积中电偶极矩的矢量和
6、效应价控型半导体钛酸钢在特定温度附近，电阻率发生显著变化的现象7PTC、机电耦合系数表征压电元件机械能与电能之间偶合效应的参数，不是能量转换率
8、强度的尺寸效应指同一种材料尺寸大时强度低，尺寸小时强度大的现9象，与微裂纹的随机分布有关系、迈斯纳（）效应处于超导态的金属，不管其经历如何，内部10Meissner磁感应强度始终为零，即彻底抗磁性，又称为迈斯纳（）效应Meissner
二、银原子的原子序数是其未被抵消的自旋磁矩是多少？（一个电子的自旋磁矩28,近似等于一个玻尔磁子）（分）p o10B除子层外，各层22s22P63s23P63d84s2,3d写出银原子的核外电子排布，1s均被电子添满，自旋磁矩被抵消根据洪特规则，电子在子层中应尽可能3d填充到不同的轨道，并且自旋尽量在同一方向上因此个轨道有三个必须5添入个电子外，其余个轨道均惟独一个电子，且这些电子的自旋方向平行，因22此总的自旋磁矩为口20B要点.核外电子排布电子排布简图
12.3D tt tl tltl及其说明答案
3.2p oB
三、分析比较应力场强度因子和断裂韧性的概念及意义分）L K（10I Iky|C和断裂韧性是两个不同的概念，是一个力学参量，表示裂纹体中裂纹K।K K।|C尖端的应力场强度的大小，它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关但是材料性能指标，是材料常数，它决定丁材料的成份、组织结构等内在因K©素，而与外加应力及试样尺寸无关，表示材料抵Klc抗裂纹扩展的能力大，材料不易断裂Kg要点.力学参数；.材料性能；表示材料反抗裂纹扩展的能力
123.%
四、在硅单晶中渗入十万分之一的硼原子，可使硅的导电能力大幅度增加，请画出能结构简图，说明形成为了何种半导体分）（15三价的硼与形成共价键时缺少一个电子，即提供一个空穴能级,B Si此能级离价带顶很近，只差大约为硅禁带宽度的价带中的电子激发到空穴能级比激
0.05eV,5%.发到导带容易的多，形成空穴导电，使导电能力大大增加掺入受主杂质的半导体称为型半P-导体答案要点.能带结构简图中附加能级正确；型半导体；.简要描述过程12p3
五、实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为lgo=A+B⑴试求在测量温度范围内的电导活化能表达式（）-9Qcm-i（）若给出2Ti=500K,a101=（）-6Qcm-iT=1000K,O=1022计算电导活化能的值说明的物理意义W wK=
0.86*10-4eV/K.S S答案要点电导活化能表达式.计算结果
1.W=-BKIn10;2B=3000,O.物理意义包括缺陷形成能和迁移能w=
0.58eV；3s
六、简述金红石晶体具有高介电常数（）的原因？（分）£=11015与晶体结构造成的附加内电场有关系，可以用内电场结构系数的大小来描述和均为负值，表明同种离子之间有削弱外电场的作用；而表示钛离子和氧离子之C11C22间相互作用的内电场结构系数和是相当大的正值，强化了外电场的作用，而且这种加C12C21强远远超过了同种离子削弱外电场的作用，造成金红石晶体具有很大的介电常数
七、判断题（分）
10.错误.错误.错误.正确.正确.错误.正确1234567正确正确正确
8.
9.
10.
八、简述薄膜介质具有较高场强的原因（本题满分分）
10.知道使用四十代理论进行解释，分；12增加，当.正确叙述四十n n=40,2n2代理论，在碰撞电离过程中，电子数以2=10即在内电离次数达到次，介质便击穿分；12,1cm
404.当介质很薄时，碰撞电离不足以发展到四十代，电子崩已进入阳极复合，此时介质不能击穿，3即这时的介质击穿场强将要提高，分4
四、平面应变断裂韧性葭=丫,据此公式认为强度越高,断裂韧性越2大？试讨论此问题分）（10根据断裂强度，「与存在对应关系，一个增加另一个必然减小，Griffith C但两者的乘积为常数，因此不能从公式表面的数学关系讨论此问题如果保持不变的情况下提高强度，断裂韧性必然提高，这必然是由于对材料结构C进行了改进的结果要点物理意义；双曲线关系；.材料改性，不变可提高
1.K|C
2.OcC3C断裂韧性K._o答案要点.离子位移极化是在平衡位置附近的挪移；松弛极化离子挪移
12.几个晶格间距，位移距离较大；.离子电导是长距离迁移3应力弛豫恒应变时，应力随时间的延长而降低，弹性模量也降低由于是空穴型半导体，必须掺入受主杂质，价的硼缺少一个电子，提供3B空穴能级，此能级离价带顶很近，容易接受价带电子，形成价带空穴导电五价的碑为施主杂质，形成电子型半导体，与题意不符画出能带简图
三、磁铁矿属于反尖晶石结构，试估计一个晶胞中含有的波尔磁子数F2C4磁铁矿的磁性是称为铁磁性还是称为亚铁磁性？（分）Fap41一个晶胞中含有个立方体，首先应计算一个立方体中的波尔磁8Fe OFe O子数由于是反尖晶石结构，个占领个位,8Fe8B+2个中有个占16Fe+38占位对于一个两个分别处于位及+3B FjQ,Fe+3A B位，另有个A8Fe位，是反平行自旋，磁矩相互抵消但在位的B Fe离子的磁矩依然存在，+2有个波尔磁子所以一个晶胞中总共应该有个波尔磁子432为亚铁磁性，磁矩大小不等，方向相反
三、利断裂韧性是两个不同的概念，匕是一个力学参量，表K K©示裂纹体中裂纹尖端的应力场强度的大小，它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关但是材料性能指标，是材料常数,K©它决定于材料的成份、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸无关，表示K©材料反抗裂纹扩展的能力大，材料不易断裂KQ画出简图，说明反射、吸收、散射及第二次反射造成的光损失得到透光率,考虑多次反射的作用，得出实际透光率稍高的原因简述产生非线性光学效应的条件？分）（
10.入射光为强光，强光中的光频电场强度接近原子的内电场；
1.晶体的对称性要求，没有对称中心的压电晶体；
2.位相匹配，倍频光的折射率等于基频光的折射率3。
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