材料物理性能题库

《材料物理性能》题库

一、 填空

1． 相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将 。

2． 马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与

电子散射，此部分是与温度 的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度 的残余电阻。

3． 某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于 。

4． 离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点

阵中基本离子的运动，称为 或 ，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是 ，因而称为 。在低温下，离子晶体的电导主要由 决定。 5． 绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为 ， ，与 。

6． 半导体的导电性随温度变化的规律与金属 ， 。在讨论时要考虑两种散射机制，即

与 。

7． 超导体的三个基本特性包括 、 与 。金属的电阻

8． 在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率 ；单向压应力会使率 。

9． 某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。其中一相电导率

为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ = 。 10． 用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的 的

测量精度有关，因而必须考虑 的影响所造成的误差。 11． 适合测量绝缘体电阻的方法是 。 12． 适合测量半导体电阻的方法是 。 13． 原子磁矩包括 、 与 三个部分。 14． 材料的顺磁性来源于 。 15． 抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用 测量磁化率。 16． 随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度 。 17． 弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中 的存在引起 所造成的。 18． 奈尔点是指 。 19． 磁畴畴壁的厚度是由交换能与 的平衡决定的。 20． 在弹性范围内，当应力方向与铁磁性金属磁致伸缩为同向时，则应力对磁化有 作用，

反之起 作用。 21． 从微观上分析，光与固体材料的相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子

与电子的相互作用，这种作用有两个重要的结果是 与 。 22． 美丽的彩虹是光的 现象。 23． 散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射称为 。 24． 散射前后，光的波长（或光子能量）发生变化的散射称为 。 25． 发光材料的发射光谱是指 。 26． 晶体结构的各向异性不仅能产生折射率的各向异性，即 现象，也能产生吸收率的各向异性，即 。 27． 影响介质折射率大小的因素有以下四个方面： ； ； ；以及 。 28． 致密的陶瓷砖也能承受热处理炉内壁的高温，为何要用多孔的耐火砖？这是因为多孔

耐火砖的 要好于致密的同类陶瓷材料。

二、 判断

1 离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类是离子固有电

导与本征电导，只要在高温下，本征电导才比较显著。第二类是杂质电导。 2 随着温度上升，本征半导体与金属材料的电阻率的变化情况是一样的。

3 绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为中性电介质、偶极电介质与

共价型电介质。

4 电子极化所需时间短于空间电荷极化。

5 原子磁矩包括电子轨道磁矩，电子自旋磁矩与原子核磁矩。

6 抗磁体与顺磁体均属于弱磁体，可以采用磁天平方法测量磁化率。 7 蓝天之所以呈现蓝色，是因为大气对太阳光的瑞利散射。 8 发光二极管的发光，是热力学平衡辐射。

9 在材料对光的吸收现象中，材料的吸收系数与光波长无关，对可见光透明的玻璃，对于

红外线与紫外线同样是透明的。

10 固体的导热包括电子导热、声子导热与电子-声子混合型导热。 11 固体材料的原子间结合力越强，熔点越高，弹性模量越大。 12 半导体的禁带宽度大于绝缘体的禁带宽度。 13 冷加工变形一定会使金属的电阻率增大。 14 反铁磁体的磁化率与温度无关。

15 铁磁体的磁畴数量以及分布是由静磁能与退磁能的平衡决定。 16 白云之所以是白色，是因为云朵对太阳光的瑞利散射。 17 日光灯与发光二极管的发光都是热力学平衡辐射。 18 固体材料的原子间结合力越强，热膨胀系数越大。

19 饱和磁化的铁磁体在发生弹性变形时，会发生弹性的铁磁性反常现象。 20 随着温度上升，本征半导体与金属材料的电阻率的变化情况是一样的。 21 冷变形加工一定会引起金属材料电阻率的上升。

22 在金属与半导体中掺入杂质，对电阻造成的影响是相同的。 23 白炽灯的发光是热力学平衡辐射。

24 绝缘体材料石英对红外、可见光、紫外线的吸收系数都很线小。 25 弹性的铁磁性反常来源于铁磁体中的磁致伸缩效应。

三、 选择

1．半导体的禁带宽度__________绝缘体的禁带宽度。

A．大于 B．小于 C．等于 D．不能确定

2．从低温区开始，随着温度的上升，N型半导体的电阻率随温度的变化规律是________。 A．一直增大 B．一直减小

C．先增大，再减小，再增大 D．先减小，再增大，再减小 3．在评价电介质的主要电学性能指标中，属于导电性性能指标的是_________。

A．介电常数 B．耐电强度 C．损耗因素 D．体电阻率与表面电阻率 4．不考虑过渡族金属的反常情况，在徳拜温度以上，金属的电阻率随温度的上升而____ ______。

A．减小 B．增大 C．先增大后减小 D．不能确定 5．在金属和本征半导体中掺入杂质时，电阻率的变化情况，以下表述正确的是__________。 A．电阻率都会增大 B．电阻率都会减小

C．金属掺入杂质后，电阻率增大；本征半导体掺入杂质后，电阻率减小 D．金属掺入杂质后，电阻率减小；本征半导体掺入杂质后，电阻率增大 6．关于影响金属导电性的因素，以下表述中正确的是__________。

A．弹性范围内的单向拉应力会使金属电阻率减小，单向压应力会使金属电阻率增大 B．冷加工变形不一定会使金属电阻率增大

C．任何情况下，多相合金的导电性与只与各组成相的导电性以及相对含量有关，与合金的组织形貌无关

D．当两种金属原子组成化合物时，其导电性要比纯组元的导电性好很多 7．对于顺磁体与抗磁体，下面表述正确的是__________。

A．正常顺磁体的磁化率随温度变化而变化，反常顺磁体的磁化率与温度无关 B．不论是正常顺磁体，还是反常顺磁体，其磁化率都随温度变化而变化

C．正常抗磁体的磁化率随温度变化而变化，反常抗磁体的磁化率与温度无关 D．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都不随温度变化，与温度无关 8．对于亚铁磁体的磁化率，下面表述正确的是__________。 A．与温度无关

B．从0K开始，随温度上升而增大

C．从0K开始，随温度上升而减小 D．不能确定与温度有何种关系

9．铁磁材料中，人们通常将矫顽力Hc大而磁化率χ小的材料称为__________。

A．硬磁材料 B．软磁材料 C．矩磁材料 D．不能确定 10．铁磁体的磁畴数量以及分布主要由____________与____________的平衡决定。 A．交换能、磁晶各向异性能 B．静磁能、畴壁能 C．退磁能、畴壁能

D．磁晶各向异性能、退磁能

11．关于铁磁性的测量问题，下面论述中错误的是____________。 A．磁转矩仪可以用来测定铁磁材料的饱和磁化强度

B．在冲击法中，利用闭路环形试样测定磁化曲线与磁滞回线的方法，可以用于测定硬磁材料

C．磁天平法可以用于测量铁磁性

D．示波器法可以用于测量铁磁材料的动态磁化特性

12．云朵为何是白色的？这是因为云朵对太阳光的_________。

A．廷德尔散射 B．瑞利散射 C．吸收 D．折射 13．宝石之王碧玺（学名电气石），制成1毫米厚度的碧玺薄片，白光透过之后变成了黄绿色，这是因为碧玺的_________造成的。

A．透射特性 B．双折射 C．二向色性 D．折射

14．发光材料的_____ ____是指材料发射某一种特定谱线（或谱带）的发光强度随激发光波长而变化的曲线。

A．发射光谱 B．激发光谱 C．吸收光谱 D．激射光谱 15．实现光放大的必要条件是____________。

A．电激发或者光激发 B．光学谐振腔 C．合适的材料 D．粒子数反转 16．____________不是固体激光器出射激光的必要条件。

A．粒子数反转 B．光放大超过光吸收

C．光学谐振腔 D．激活介质被加热到足够温度 17．关于材料的热容，以下描述中正确的是_________。

A．因电子热容贡献，金属的热容在接近0K的极低温度下不符合徳拜T3律

B．经典热容理论能够解释固体摩尔定容热容CV, m在低温下随温度降低而减小的试验事实 C．关于合金热容的奈曼-考普定律同样适用于铁磁合金

D．爱因斯坦量子热容理论比徳拜量子热容理论更符合试验结果 18．致密的陶瓷砖也能承受热处理炉内壁的高温，为何要用多孔的耐火砖？这是因为多孔耐火砖_________。

A．熔点高 B．热稳定好 C．韧性好 D．弹性模量高 19．关于影响材料弹性模量的因素，以下表述中正确的是_________。 A．温度升高，材料的弹性模量上升 B．温度升高，材料的弹性模量下降 C．相变对材料的弹性模量没有影响

D．所有固溶体合金的弹性模量与溶质浓度均呈直线或者近似直线的关系，没有任何例外 20．关于材料的弹性与滞弹性，以下描述中错误的是_________

A．实际弹性体，在弹性范围内，其应变不仅与应力有关，而且与时间有关

B．未磁化或者未饱和磁化的铁磁材料在发生弹性变形时，会产生弹性的铁磁性反常 C．去除应力后，应变会立即消失

D．在应力循环中，滞弹性会导致外界能量的损耗

21．温度升高时，本征半导体的载流子浓度将会_________。

A．增大 B．减小 C．不变 D．不能确定 22．关于导电性的测量，下面论述正确的是__________。

A．用双臂电桥法测定金属电阻率时，只需要考虑测量电阻的精度，不用考虑试样尺寸 B．电位差计测量方法的优点是导线和引线的电阻不影响电位差计的电势Ux与UN的测量 C．直流四探针法不能用于半导体电阻的测量 D．冲击检流计法不能用于绝缘体电阻的测量

23．绝缘体一般是指电阻率大于__________的材料。

A．109Ω·m B．1010Ω·m C．1011Ω·m D．1012Ω·m 24．随着交流电交变频率的增大，电介质的介电损耗_________。

A．单调增大 B．单调减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大 25．金属材料发生应力疲劳时，其电阻率会__________。

A．减小 B．增大 C．先增大后减小 D．不能确定 26．Ar（氩）原子的所有壳层都被电子填满，因此氩气属于__________。

A．顺磁体 B．抗磁体 C．铁磁体 D．不能确定 27．关于于抗磁体，下面表述正确的是__________。

A．正常抗磁体的磁化率随温度变化而变化，反常抗磁体的磁化率与温度无关 B．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都随温度变化而变化

C．正常抗磁体的磁化率与温度无关，反常抗磁体的磁化率随温度变化而变化 D．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都不随温度变化，与温度无关 28．对于铁磁体的饱和磁化强度，下面表述正确的是__________。

A．与温度无关 B．随温度上升而增大

C．随温度上升而减小 D．不能确定与温度有何种关系 29．对于反铁磁体的磁化率，下面表述正确的是______。 A．与温度无关

B．从0K开始，随温度上升而增大

C．从0K开始，随温度上升而减小 D．从0K开始，随温度上升先增大，后减小

30．铁磁材料中，人们通常将矫顽力Hc很小而磁化率χ很大的材料称为__________。 A．永磁材料 B．硬磁材料 C．软磁材料 D．矩磁材料 31．关于影响铁磁性与亚铁磁性的因素，下面论述中错误的是____________。 A．温度越高，铁磁体的饱和磁化强度Ms越低 B．温度越高，亚铁磁体的饱和磁化强度Ms越低

C．冷加工变形将使铁磁体的磁导率μm下降，矫顽力Hc上升

D．在铁磁金属中溶入顺磁或者抗磁金属形成置换固溶体时，饱和磁化强度Ms一定会降低 32．晶粒细化对铁磁性材料的影响是__________。 A．矫顽力与磁滞损耗变小，磁导率变大 B．矫顽力与磁滞损耗变大，磁导率变小 C．矫顽力、磁滞损耗与磁导率都变小 D．矫顽力、磁滞损耗与磁导率都变大

33．在以下测量铁磁体磁特性的方法中，____________是动态磁特性的测量方法。 A．冲击法 B．热磁仪测量法 C．示波器法 D．振动样品磁强计法 34．Ni是____________。

A．铁磁体 B．亚铁磁体 C．反铁磁体 D．顺磁体 35．在接近饱和的磁化状态下，铁磁体各磁畴的磁矩方向在外加磁场方向和晶体易磁化方向之间，此时，磁畴磁矩方向是由____________与____________的平衡决定。 A．交换能、磁晶各向异性能 B．静磁能、退磁能 C．退磁能、畴壁能

D．静磁能、磁晶各向异性能

36．关于铁磁性的测量问题，下面论述中正确的是____________。 A．磁转矩仪不能用于测定铁磁材料的饱和磁化强度

B．在冲击法中，利用闭路环形试样测定磁化曲线与磁滞回线的方法，既可以用于测定软磁材料，又可以用于测定硬磁材料

C．磁天平法可以用于测量铁磁性

D．示波器法不能用于测量铁磁材料的动态磁化特性 37．光与物质相互作用有_________三种过程。 A．受激吸收、自发辐射、受激辐射 B．自发吸收、受激吸收、自发辐射 C．自发吸收、自发辐射、受激辐射 D．自发吸收、受激吸收、受激辐射

38．某光纤的纤芯折射率为n1，包层折射率为n2（n1> n2）。则光从空气进入芯部形成全反射的临界角φ =____________。（空气折射率近似为1） A．arcsinn1?n2 B．arccosn1?n2

2222

Ef????l???l???????l?0?l?m

显然，因为磁致伸缩导致的附加伸长存在，铁磁材料的弹性模量会变低。

恒弹性合金的原理在于利用了弹性的铁磁性反常现象。在低于居里点的加热过程中，弹性模量的变化将由两个因素决定，由于温度升高一方面引起晶体点阵常数的增大，从而使

??l???增大，导致弹性模量下降；同时，另一方面导致自发磁化减小，磁致伸缩现象减弱，?l?0引起附加应变???l??减小，从而导致弹性模量上升。如果在给定应力条件下，这两个因素l??m??l???l?????基本为一个不随温度变化的恒量，则弹性模量可维持恒定，?l?0?l?m引起的应变之和?这就是恒弹性合金的原理。

11．从低温区开始，N型半导体的电阻率随温度上升的变化规律是怎样的？为什么呈现出这种规律？

答：从低温区开始，随着温度的上升，N型半导体的电阻率呈现先下降，后上升，而后又下降的变化规律。这是因为：

在低温区，施主杂质并未完全电离。随着温度的升高，电离施主增多使导带电子浓度增加。与此同时，在该温度区内点阵振动尚较微弱，散射的主要机制是杂质电离，因而载流子的迁移率随温度上升而增加。尽管电离施主数量增大在一定程度上也要限制迁移率的增加，但综合的效果依然使电阻率下降。当升高到一定温度后，杂质全部电离，称为饱和区，此时由于本征激发尚未开始，载流子浓度基本保持恒定。然而，这时点阵振动的声子散射已经起到主要作用而使迁移率下降，因而导致电阻率随温度的升高而增高。温度的进一步升高，进入本征区，由于本征激发，载流子浓度随温度而显著增加的作用已经远远超过声子散射，故又使电阻率重新下降。

12．试说明以下磁学参量的定义与概念：

矫顽力、饱和磁化强度、磁化率、磁滞损耗、磁晶各向异性、饱和磁滞伸缩系数。 答：（1）饱和磁化强度：在铁磁体的磁化曲线中，随着外加磁场强度的增加，铁磁体磁化强度M开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢增加，最后磁化至饱和，此时铁磁体的磁化强度就是饱和磁化强度。

（2）矫顽力：铁磁体被磁化至饱和后，当撤去外磁场时，铁磁体内部还存在不为零的剩余磁感应强度，欲使铁磁体内部磁感应强度降为零，必须施加一个反向磁场-Hc，此反向磁场值即称为矫顽力。

（3）磁化率：物质磁化强度不仅与外加磁场有关，还与物质本身的磁化特性有关，即

??????M??H。式中?即单位体积磁化率。

（4）磁滞损耗：磁滞回线所包围的面积代表磁化一周所做的功，称为磁滞损耗Q。 （5）磁晶各向异性：铁磁单晶体沿不同晶轴方向上磁化到饱和所测得的磁化曲线与磁

化到饱和的难易程度不同，即某些晶向上容易磁化，某些晶向上难磁化，这种现象称为磁晶各向异性。（1分）

（6）饱和磁致伸缩系数：磁致伸缩的大小可以用磁致伸缩系数表示，线磁致伸缩系数定义为???l。随着外磁场的增强，铁磁体的磁化强度增强，这时?也随之增大，当磁化l强度达到饱和值的时候，???s。对一定材料，?s是一个常数，称为饱和磁致伸缩系数。

13．设光纤的纤芯折射率为n1，包层折射率为n2 (n1> n2)。计算光从空气进入芯部形成全反射的临界角φ。（空气的折射率近似认为是1） θc θ φ 答：设纤芯-包层临界全反射角为?c，则有

sin?c?n2 n1设形成纤芯-包层临界全反射时，光线由空气进入纤芯的折射角为?，则有

cos??sin?c

因此有

2n2sin??1?cos??1?sin?c?1?2 n122空气的折射率近似为1。由折射定律有

2n22sin??n1sin??n11?2?n12?n2 n1因此有

2??arcsinn12?n2

14．试述金属的三个热电效应及其特征。

答：金属的三个热电效应包括塞贝克效应、珀尔贴效应与汤姆逊效应。

（1）塞贝克效应，在两种不同的金属A与B组成的回路中，如果两个结合点处于不同温度时，则回路中将产生电流，称为热电流，产生热电流的电动势称之为热电势。这种由于温差而导致热电现象称为塞贝克效应。当两个接触点温差不大时，所产生的热电势与温差成正比。

（2）珀尔贴效应。当电流流经两种不同金属A、B的接点时，除了电流流经电路而产生的焦耳热外，还会在接触点有额外的放热或者吸热效应，这种热电现象称为珀尔贴效应。如果电流从一个方向流经接触点时时放热，那么电流反向后就会使其吸热，在两种金属的闭合回路中，如果电流方向在接触点处与塞贝克效应产生的电流方向一致时，该接点就要吸热，这时，另一端接点处的电流与塞贝克热电流方向相反时，该节点就要放热。单位时间内，两种金属接触点吸收或者放出的珀尔贴热，与流经的电流成正比。

（3）汤姆逊效应。当电流流过有温差的金属导体时，整个导体上除了产生焦耳热外还会产生放热或者吸热现象，这种热电现象称为汤姆逊效应。单位时间内吸收或者放出的汤姆逊热，与通过的电流I成正比，与导体中的温度梯度成正比。若电流方向与温度梯度产生的热流方向一致时，为放热效应；反之，当电流方向与热流方向不一致时，则为吸热效应。

15．试述材料热传导的物理机制，金属、陶瓷和透明材料的热传导机制有何区别？

答：热传导过程就是材料内部的能量传输过程。在固体中能量传输的载体可以有自由电子、声子（点阵波）与光子（电磁辐射），因此，固体的导热分为电子导热、声子导热和光子导热。

对于纯金属而言，电子散射为其基本机制，在合金中声子导热比重将加强。而在绝

缘体中几乎只存在声子导热这一种机制。通常在低温和室温条件下不用考虑光子导热，因为光子导热的贡献只是在高温下才比较明显。

金属的导热主要贡献来自于电子导热，如果点阵是完整的没有缺陷而且没有热运动

引起的偏离，电子运动将不受阻碍，即自由程为无穷大，电子热导率也将为无穷大，然而因为存在杂质引起的弹性畸变、位错、晶界等缺陷，点阵原子热运动等，电子导热受到这些散射机制的影响将十分复杂，通过近似计算得知，金属中电子与声子热导率贡献之比为λe/λl≈30，因此热导率的贡献主要来自于电子导热。

陶瓷属于绝缘体，与金属不一样在于，其热导率几乎完全来自于声子导热，基本没

有电子导热的贡献。同样可以得到λ金属/λ绝缘体≈30，因为金属点阵上正离子所起的导热作用与绝缘体中的情形大致相同。

透明材料导热的不同在来自于光子导热所占的比重。对于介质中辐射传热过程，可

以定性的解释为：任何温度下的物体，既能够射出一定频率的射线，同样也能吸收类似的射线。在热稳定状态，介质中任一体积元平均辐射的能量与吸收的能量相等，当介质中存在温度梯度时，相邻体积元之间，温度高的辐射的能量大，吸收的能量小；温度低的体积元正好相反，吸收大于辐射，因此产生能量传递，热量从高温区向低温区传递。透明材料对光子导热的热阻很小，光子平均自由程很大，在不算太高的温度下，光子导热就很明显，而不透明的陶瓷则正好相反，需要很高的温度光子导热才明显。

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