材料物理性能课后答案

课后习题

《材料物理性能》

第一章材料的力学性能

1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：

F4500??995(MPa)A4.524?10?6A0l12.52真应变?T?ln?ln?ln?0.08162l0A2.4F4500名义应力????917(MPa)?6A04.909?10?lA0名义应变????1?0.0851l0A真应力?T? 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=0.05。则有

上限弹性模量EH?E1V1?E2V2?380?0.95?84?0.05?365.2(GPa)VV0.950.05?1下限弹性模量EL?(1?2)?1?(?)?323.1(GPa)E1E238

第一章：材料电学性能

1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？

用电阻率ρ或电阻率ζ评价材料的导电能力。

按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：

（1）绝缘体108??（?.m）8（2）半导体10?2???10（?.m）2（3）导体10-8???10?（?.m）（4）超导体??10（?.m）?27

2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？

金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。

??J??E，电导率ζ= （其中μ=

材料物理性能习题与解答

吴其胜

盐城工学院材料工程学院

2007，3

《材料物理性能》习题解答

目录

1 材料的力学性能 (2)

2 材料的热学性能 (12)

3 材料的光学性能 (17)

4 材料的电导性能 (20)

5 材料的磁学性能 (29)

6 材料的功能转换性能 (37)

1

《材料物理性能》 习题解答

2 1材料的力学性能

1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：根据题意可得下表

由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?

解： 拉伸前后圆杆相关参数表 体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前 1227.2 2.5 4.909 拉伸后 1227.2 2.4 4.524 1cm 10cm 40cm Load

Load

)(0114.010

5.310101401000940000cm E A l F l E

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第一章：材料电学性能

1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？

用电阻率ρ或电阻率ζ评价材料的导电能力。

按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：

（1）绝缘体108??（?.m）8（2）半导体10?2???10（?.m）2（3）导体10-8???10?（?.m）（4）超导体??10（?.m）?27

2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？

金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。

??J??E，电导率ζ=

第一份 一、 填空题（每空1分，共30分）：

1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、 2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。

4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、

功能或 功能。

8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功

第一份 一、 填空题（每空1分，共30分）：

1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、 2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。

4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、

功能或 功能。

8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功

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第一章：材料电学性能

1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？

用电阻率ρ或电阻率ζ评价材料的导电能力。

按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：

（1）绝缘体108??（?.m）8（2）半导体10?2???10（?.m）2（3）导体10-8???10?（?.m）（4）超导体??10（?.m）?27

2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？

金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。

??J??E，电导率ζ=

材料物理性能

习题与解答

吴 其 胜

盐城工学院材料工程学院

2007，3

《材料物理性能》 习题解答

目 录

1 材料的力学性能 ..................................................................................... 2 2 材料的热学性能 ................................................................................... 12 3 材料的光学性能 ................................................................................... 17 4 材料的电导性能 ................................................................................... 20 5 材料的磁学性能 ...................................................................

材料物理性能无机材料专业

无机材料的热学性能无机材料热学性能包括: 热容 热膨胀 热传导 热稳定性 熔融和分解

无机材料物理性能

物理本质

晶格的热震动：质点围绕平衡位置作微 小震动 这些是固体物理学在无机材料热性能方 面的具体表现

无机材料物理性能

无机材料的热容(Heat capacity)定义：C=Q/ T 物体温度升高1K需要的能量，

Q Ct (J / K ) T T

比热容：J/(K g) 摩尔热容：J/(K mol) 平均热容：Q/(T2-T1)无机材料物理性能 4

恒压热容Cp Q H cp T p T p

恒容热容Cv Q E Cv T v T v

无机材料物理性能

Cp和Cv的关系根据热力学第二定律得到：

2V0T C p Cv :体膨胀系数， :压缩系数，V0:摩尔容 积

无机材料物理性能

晶态固体热容的经验定律

元素的热容定律-杜隆-珀替定律：元素的 恒压的原子热容是25J/(K mol) 化合物的热容定律--柯普定律：化合物分 子热容是元素原子热容的总和

课后习题 第一章

1.德拜热容的成功之处是什么？

答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？

答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量

德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强

3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质

答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀

第二章 1.

电阻率增加5%

由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。

解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1)

在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又