材料物理性能考试重点

篇一：材料物理性能考试重点、复习题

1. 格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同频率振动而成的波，或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波。

2. 色散关系：频率和波矢的关系

3. 声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子

4. 热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。

5. 两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的

原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。

6. 热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀

7. 固体材料热膨胀机理：

材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。

8. 温度对热导率的影响：

在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时， 声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。在较高温度下，声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料，在常用温度范围内，热导率随温度的上升为下降。

9. 影响热导率的因素:1）温度的影响，一般来说，晶体材料在常用温度范围内，热导率随温度的上升而下降。2）显微结构的影响。3）化学组成的影响。4）复合材料的热导率

10. 热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为抗热震性。

11. 常用热分析方法：1）普通热分析法2）差热分析3）差示扫描量热法4）热重法

12. 光折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折射

13. 光的散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同的

晶界相、气孔或其他夹杂物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来，这种现象称为光的散射。

14. 吸收：光通过物质传播时，会引起物质的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部

分转变为热能，导致光能的衰减的现象

15. 弹性散射：光的波长（或光子能量）在散射前后不发生变化的，称为弹性散射

16. 按照瑞利定律，微小粒子对波长的散射不如短波有效，在可见光的短波侧λ=400nm处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍

17. 色散：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材料的色散

18. 透光性：材料可以使光透过的性能称为透光性

19. 镜反射：是指光照射在光洁度非常高的材料表面时，反射光线具有明确的方向性，这种反射称为镜反射

20. 漫反射：光照射在粗糙的材料表面时，反射线没有方向性，这种反射称为漫反射

21. 受激辐射：处于激发态的发光原子在外来辐射场的作用下，向低能态或基态跃迁时，辐射光子的现象

22. 激光：由受激发射的光放大产生的辐射

23. 受激吸收：如果原子处于低能级，当能量满足hv=E2-E1的光子趋近它时，原子则可能吸收一个光子并跃迁到高能级，这个吸收过程只有存在适当频率的外来光子时才会发生

24. 导电：当在材料的两端施加电压V时，材料中有电流I流过的现象

25. 超导原因：超导态的电子对有一基本特性，即每个电子对在运动中的总动量保持不变，故在通以直流电时，超导体重的电子对将无阻力地通过晶格运动，晶格散射电子对中的一个电子并改变它的动量时，它也将散射电子对中的另一个电子，在相反方向引起动量的等量变化，成对电子运动的平均速度基本保持不变，电子对运动时不消耗能量，表现出零电阻的特性

26. 载流子：电流是电荷在空间的定向运动。任何一种物质，只要有电流就意味着有带电粒子的定向运动，这些带电粒子称为载流子；载流子为离子或离子空穴的电导称为离子式电导，载流子为电子或电子空穴的电导称为电子式电导

27. 霍尔效应：沿试样x轴方向通入电流I（电流密度jx），z轴方向加一磁场Hz,那么在y轴方向将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应

28. 超导电性：在一定的低温条件下材料突然失去电阻的现象

29. 合金元素及相结构的影响：1）固溶体的导电性；2）金属化合物的导电性；3）多相合金的导电性

30. 导电性的测量：1）双臂电桥法；2）直流电位差计测量法；3)直流四探针法；4）绝缘体

电阻的测量

31. 矿物当温度变化时，在晶体的某些结晶方向产生荷电的性质称为热电性

32. 热电效应：在金属导线组成的回路中，存在着温差或通以电流时，会产生热与电的转换效应

33. 电介质极化的机制：1）电子、离子位移极化；2）弛豫极化；3）取向极化；4）空间电荷极化

34. 介电击穿：当陶瓷或聚合物用于工程中做绝缘材料、电容器材料和封装材料时，通常都要经受一定的电压梯度的作用，如果材料发生短路，则这些材料就失效了，这种失效称为介电击穿。引起材料击穿的电压梯度称为材料的介电强度或介电击穿强度

35. 正压电效应：当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。这种由机械能转换成电能的过程，称为正压电效应

36. 逆压电效应：以应力作用α-石英晶体而产生束缚电荷。如果以电场作用在α-石英晶体上，则在相关方向上产生应变，而且应变大小与所加电场在一定范围内有线性关系。这种由电能转变为机械能的过程称为逆压电效应

37. 热释电性：一些晶体除了由于机械应力作用引起压电效应外，还可以由于温度作用而使其电极化强度变化，这就是热释电性，也叫做热电性

38. 热释电效应：由温度变化而使极化改变的现象

39. 铁电性：晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性

40. 磁感应强度：通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数

41. 物质磁性的分类：1）抗磁体；2）顺磁体；3）铁磁体；4）亚铁磁体；5）反铁磁体

42. 磁化强度：描述磁介质磁化状态的物理量；矫顽力：当反向磁畴扩大到同正向磁畴大小相等时，有效磁化强度等于0，这时的磁场强度即为矫顽力；饱和磁化强度：铁磁材料和亚铁磁材料的磁化强度随磁场增加而增加所能达到的最大值，是温度的函数 ;磁导率：磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为绝对磁导率和相对磁导率，是表征磁介质导磁性能的物理量 ；磁滞损耗：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗 ；饱和磁致伸缩系数：随着磁场增强，铁磁体的磁感强度增强，λ绝对值也随之增大，当磁化强度达到饱和值时，λ=λs，λs为饱和磁致伸缩系数 ；磁晶各向异性常数：单位体积的单晶磁体沿难磁化方向磁化到饱和与沿易磁化方向磁化到饱和所需磁化能之差

43. 弹性模量：材料在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值

44. 弹性模量的测量：1）静态测量法，从应力和应变曲线确定弹性模量，测量的精度较低，不适合对金属进行弹性分析；2）动态测量法，优点是测量设备简单，测量速度快，测量结果准确

45. 内耗：由于固体内部的原因使机械能消耗的现象；材料在交变应力作用下应变落后于应力的现象，称为滞弹性，由滞弹性引起的内耗称为滞弹性内耗

篇二：材料物理性能期末复习重点-田莳

1.微观粒子的波粒二象性

在量子力学里，微观粒子在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性。

2.波函数及其物理意义

微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的几率波，它决定电子在空间某处出现的几率，在t时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t)的函数。此函数称波函数。其模的平方代表粒子在该处出现的概率。

表示t时刻、（x、y、z）处、单位体积内发现粒子的几率。 3.自由电子的能级密度能级密度即状态密度。dN为E到E+dE范围内总的状态数。代表单位能量范围内所能容纳的电子数。

4.费米能级

在0K时，能量小于或等于费米能的能级全部被电子占满，能量大于费米能级的全部为空。故费米能是0K时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量。

5.晶体能带理论

假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，称单电子近似。用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论，称能带理论。 6.导体，绝缘体，半导体的能带结构

根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带Eg，电子由价带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(Eg小)，电子跃迁比较容易端时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率 是以欧姆定律定义为电流密度 和电场强度 的比率：κ=1/ρ

2.金属—电阻率与温度的关系

金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。

3.离子电导理论

离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。

离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。

4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体） 具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些固体电解质电导率比正常离子化合物电导率高出几个数量级，称快离子导体。

1.迁移率

迁移率是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，运动得越快，迁移率越大。在电场下，载流子的平均漂移速度v 与电场强度E 成正比为：v=μE式中 μ 为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是 m2/Vs 或 cm2/Vs。迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。

1.少数载流子

在热平衡条件下，给定半导体中电子和空穴共存。例，在n型半导体中，载流子为电子，据质量作用定律有少量空穴存在，该条件下电子称多数载流子，空穴为少数载流子。简称多子和少子。

2.超导体，超导态

材料失去电阻的'状态称为超导态，存在电阻的状态称为正常态，具有超导态的材料称为超导体。

3.超导态特性，超导态的三个性能指标

超导体的主要特性（1）进入超导态的超导体中有电流无电阻，超导体是完全等电位的，内部无电场，即完全导电性，（2）完全抗磁性（迈斯纳效应），处于超导态的材料，磁感应强度B始终为零。超导体可屏蔽磁场，排除磁通（3）通量量子化

超导态的临界参数 （三个性能指标）

临界温度（TC）--超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。

临界电流密度（JC）--通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性。

临界磁场（HC）--施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。

4.直流四探针（四电极）法测半导体，超导体等低电阻率

当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1,4两根探针间通过电流Ｉ，则2,3探针间产生电位差Ｖ。根据公式可计算出材料的电阻率： 其中，C为四探针的针系数（cm），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。

1.电容C

两个临近导体加上电压后具有存储电荷能力的量度。是表征电容器容纳电荷的本领的物理量 ，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。

2.电介质的极化

介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料 电介质：在电场作用下能建立极化的物质。在真空平板电容器中，嵌入一块电解质加入外电场时，在正极附近的介质表面感应出负电荷，负极板附件的介质表面感应出正电荷，称感应电荷或束缚电荷。极化：电介质在电场作用产生束缚电荷的现象。

3.电偶极距极性分子由于分子的正负电荷重心不重合而存在电偶极矩。Q是所含电量L为正负电荷重心距离

4.电子，离子的位移极化

电子位移极化：材料在外电场的作用下，原子中的电子云将离带正电的原子核这个中心，原子就成为一个暂时的或感应的偶极子。

离子位移极化：极化晶体中负离子和正离子相对于它们的正

常位置发生位移，形成一个感生偶极矩。 晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。

5.压电性，压电效应在一些特定方向上对晶体加力，则在力的垂直方向上出现正负束缚电荷，这种现象为压电效应。正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。具有压电效应的物体称为压电体。

正压电效应 ：晶体受到机械作用力时，在一定方向的表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面荷电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。

这种由机械能转化为电能的过程，为正压电效应。

逆压电效应 ：当晶体在外加电场作用下，晶体的某些方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。称为逆压电效应。

6.热释电性

在某些绝缘物中，由于温度变化而引起电极化状态改变的现象。

7.铁电体，电畴铁电体是电介质的一个亚类，其基本特征是具有自发电极化且这种电极化可以在外电场作用下改变方向。

电畴：铁电体自发极化时能量升高，状态不稳定，晶体趋向于分成许多小区域，每个小区域电偶极子沿同一方向，不同小区域的电偶极子方向不同，每个小区域为电畴。 8.铁电体来源

对于铁电体的初步认识是它具有自发极化。 1.光通过固体，光从一个介质进入到另一个介质时，将发生透射、反射、吸收和散射现象。 2.色散，材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增大）而减小的性质。色散= 3.反射系数R

4.朗伯特定律：IIl

0e，在介质中光强随传播距离（光通过介质厚度）呈指数形式衰减的规律。

5.激光及其特点

在外来光子的激发下，诱发电子能态的转变，从而发射出于外来光子频率，相位，传输方向及偏振态均相同的相干光波。

6.偏振光

自然光的电场矢量振动传播在空间内分布是均匀的，一些原因造成光电矢量在某些方向上振动减弱，另一些方向上增强，称偏振光。 1.电光效应，由外加电场引起的材料折射率变化的效应。

2.热容：当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时，δQ/dT 这个量即是该系统的热容。通常以符号C表示，单位J/K。

3.热膨胀，固体材料热膨胀本质归结于点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4.傅里叶导热定律：单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度

变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。负号，表示热量向低温处传播，可以用来计算热量的传导量。其中热流密度是在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率。它与该方向上的温度梯度dT/dx成正比。比例常数k是热导率（也称为 导热系数），单位是 （W/mK）。 5.本征半导体。P型，N型，PN结的单向导电性

5.热电效应，电位差、温度差、电流、热流之间存在着的交叉联系构成了热点效应。 塞贝克效应：两种下同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差，则回路中将有电势及电流产生玻尔贴效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生焦耳热外，在两接头处还分别出现吸收或放出热量Q的现象， Q称为玻尔帖热

汤姆逊效应：当电流通过具有一定温度梯度的导体时，除产生焦耳热外，另有一横向热流流入或流出导体（即吸热或放热）

6.热应力，仅由材料热膨胀或收缩引起的内应力。热应力主要来源（1）因热胀冷缩受到限制而产生的热应力；（2）多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力；（3）因温度梯度而产生热应力。 1.磁矩

描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。一个载流循环的磁偶极矩是其所载电流乘于循环面积：其中，为磁偶极矩，为电流，；其中，为力矩，为磁场，为势能。

2.物质的磁性分类

根据物质的磁化率，把物质的磁性大致分为抗磁体、顺磁体、反铁磁体、铁磁体和亚铁磁体。 抗磁体，χ为负值，很小，约在10-6数量级；顺磁体，χ为正值，很小，约在10-3～10-6数量级；反铁磁体，χ为正值，很小；铁磁性体，χ为正值，很大，约在10～106数量级；亚铁磁体，χ为正值，没有铁磁性体大。 3.铁磁体的磁化曲线和磁滞回线 MS：饱和磁化强度 BS：饱和磁感强度 Mr：剩余磁化强度 Br：剩余磁感强度 HC：矫顽力

Hs:饱和外加磁场强度磁导率μ Hr:剩余磁场强度当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场强H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。B-H磁滞回线的面积表示经历一个周期过程后铁磁体损耗的能量。

　4.铁磁性产生原因

铁磁质自发磁化源自于原子（正离子）磁矩，且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩。

任何物质由原子组成，原子又有带正电的原子核（核子）和带负电的电子构成。核子和电子本身都在做自旋运动，电子又沿一定轨道绕核子做循规运动。它们的这些运动形成闭合电流，从而产生磁矩。材料磁性的本源是：材料内部电子的循规运动和自旋运动。

5.磁畴，未加磁场时铁磁质内部已经磁化到饱和状态的若干个小区域。 6.磁性材料

磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。软磁性材料，高磁导率，低矫顽力，低铁芯损耗。饱和磁感应强度Bs，剩余磁感应强度Br，矫顽力Hc，

软磁材料：磁滞回线瘦长，易于磁化，也易于退磁，μ高、 Ms高、 Hc小、 Mr低

硬磁（永磁）材料：磁滞回线短粗，磁化后不易退磁，μ低、 Hc与 Mr高

居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 4.磁致电阻效应

磁性材料电阻率随磁化状态而改变的现象。由于外磁场的存在，金属中传导电子受洛伦兹力作用而进行螺旋线式运动，电阻较高，无磁场时，电子直线运动。

5.磁光效应，是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。这些效应均起源于物质的磁化，反映了光与物质磁性间的联系。

法拉第效应，线偏振光透过放置磁场中的物质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面发生旋转的现象。也称法拉第旋转或磁圆双折射效应,简记为MCB。一般材料中，法拉第旋转（用旋转角θF表示）和样品长度l、磁感应强度B有以下关系 θF＝VlB,V是与物质性质、光的频率有关的常数,称为费尔德常数。

磁光克尔效应：入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时，振动面发生旋转的现象。

　第七章

E 弹性模量 正应力与正应变之比，反应物体抵抗正应变的能力

G 切变模量 切应力与切应变之比，反应物体抵抗切应变的能力μ 泊松比 反应在均匀分布的轴向力时，横向应变与轴向应变的绝对值的比值

K 体积模量 体应力与体应变的比值 3.粘弹性，滞弹性

一些非晶体甚至多晶在比较小的应力作用下可同时表现出弹性和黏性，称黏弹性。

当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性

称为滞弹性。理想弹性受体应力作用立刻产生应变。

4.应力弛豫

弹性材料应变保持恒定，应力随时间延长而减小的现象，称应力弛豫（应力松弛） 5.伪弹性，超弹性

对母相加应力诱发产生应变，当应力除去时，母相消失，应变回复；或者加应力使母相重新取向（变体），产生应变，应力去掉，应变回复，

称合金伪弹性。

7.材料热导率测量【稳态测试-驻流法(直接法）】

7.布儒斯特角和马吕斯定律

篇三：材料物理性能期末复习题 2

期末复习题

　一、填空（20）

2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量 介电常数 与微观量 极化率 之间的关系。

3．固体材料的热膨胀本质是 点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大 。

4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈 小 ，热导率也就愈

质中 能量损耗 的大小。 7．当磁化强度M为 负 值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的 轨道磁矩 和 自旋磁矩 组成。

9．无机非金属材料中的载流子主要是电子 和离子。

10．广义虎克定律适用于 各向异性的非均匀 材料。

11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I0（1-m）

2x。

12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。

13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l， 则此偶极矩为 ql。

14．裂纹扩展的动力是物体内储存的 弹性应变能 的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能 。

fith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是 裂纹扩展 的结果。

16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用 第二 热应力因子表示。

17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是 声子热导 。

18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示 应力作用 的方向。

19． 电滞回线 的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。

20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由 电子的自旋磁矩 引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的 数量 ，而是决定于裂纹的 大小 ，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的 断裂强度。

22. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。

23.晶体发生塑性变形的方式主要有 滑移 和 孪生 。

24.铁电体是具有 自发极化 且在外电场作用下具有 电滞回线 的晶体。

25.自发磁化的本质是 电子间的静电交换相互作用 。

二、名词解释(20)

自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内

存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。

滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性

称为滞弹性。

格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个

特点是，其传播介质并非连接介质，而是由原子、离子等形成的晶格。

电介质：指在电场作用下能建立极化的一切物质。

电偶极子：是指相距很近但有一距离的两个符号相反而量值相等的电荷。

蠕变（creep）(缓慢变形)：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它

与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。

压电效应：不具有对称中心的晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，

同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的

状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，

当对不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场，晶体也会发生变形，电场去掉后，晶体

的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

电致伸缩：当在不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场时，晶体会发生变形，电场去掉后，晶体

的变形随之消失，这种现象称为电致伸缩现象，或称为逆压电效应。

铁电体：具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。

三、问答题（每题5分，共20分）

2.简述位移极化和松驰极化的特点。

答：位移式极化是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量；

松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间，并且是非弹性的，因而消耗一定的能量。

3.铁磁性与铁电性的本质差别是什么？

答：⑴ 铁电性由离子位移引起，铁磁性由原子取向引起。

⑵ 铁电性在非对称性的晶体中发生，铁磁性发生在次价电子的非平衡自旋中。

⑶ 铁电体的居里点是由于晶体相变引起的，铁磁性的居里点是原子的无规则振动破坏了原子

间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。

4.为什么金属材料有较大的热导率，而非金属材料的导热不如金属材料好？ 答：固体中导热主要是由晶格振动的格波和自由电子运动来实现的。在金属中由于有大量的自由电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传递。虽然晶格振动对金属导热也有贡献，但只是很次要的。在非金属晶体，如一般离子晶体的晶格中，自由电子是很少的，晶格振动是它们的主要导热机构。因此，金属一般都具有较非金属材料更大的热导率。

6．如果要减少由多块玻璃组成的透镜系统的光反射损失，通常可以采取什么方法？为什么？

答：有多块玻璃组成的透镜系统，常常用折射率和玻璃相近的胶粘起来，这样除了最外和最内的两个表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面均是玻璃和胶的较小的相对折射率，从而大大减少了界面的反射损失。

7．阐述大多数无机晶态固体的热容随温度的变化规律。

答：根据德拜热容理论，在高于德拜温度θD时，热容趋于常数(25J／(K·mo1)，低于θD时与

T3成正比。因此，不同材料的θD是不同的。无机材料的热容与材料结构的关系是不大的，绝大

多数氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J／K·mol的数值。温度进一步增加，热容基本上没有什么变化。

8.有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？

答：损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此

它们的本质是一致的。

9.简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。

答：(1) 提高材料的强度f，减小弹性模量E。(2) 提高材料的热导率。(3) 减小材料的热膨胀

系数。(4) 减小表面热传递系数h。(5) 减小产品的有效厚度rm。

10.为什么含有未满壳层的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性？

含有未满壳层原子组成的物质包括顺磁性物质和有序磁性物质。由于顺磁性物质中原子做无规则热振动，原子磁矩排列杂乱无章，宏观上不表现磁性；有序磁性物质包括反铁磁性、亚铁磁性和铁磁性物质，由于在反铁磁性或亚铁磁性物质中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相间排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩（或自旋电子）方向相同的有序磁性物质具有铁磁性。

四、论述题：（本题共两题，共20分）

2．说明下图中各个参量，数字及曲线所代表的含义。

答：Bs——饱和磁感应强度，当外加磁场H增加到一定程度时，B值就不再上升，也就是这块材料

磁化的极限。

Br——剩余磁感应强度，当外加磁场降为0时，材料依然保留着磁性，其强度为Br。

Hc——矫顽力（矫顽磁场强度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。据此大小可以区分软磁和

硬磁。

μ——磁导率（=B/H），表示材料能够传导和通过磁力线的能力。

Oabc段表示材料从宏观无磁性到有磁性的磁化过程；cdefghc段表示物质在外加磁场中磁化、退磁再磁化的过程，因为退磁的过程滞后于磁化曲线，故又称此曲线为磁滞回线。由该曲线围成的空间有明确的物理意义，即曲线围起的面积越大，矫顽力（Hc）越大，要求的矫顽场强越大，磁化

所需的能量越大，磁性材料就越“硬”；反之，曲线围起的面积越小，磁性材料就越“软”。

d μ

e h

g

f

2.用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体，并予以图示。

答：根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带Eg，电子由价

带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。

半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(Eg小)，电子跃迁比较容易。

五、计算题（每题5分，共20分）

8．康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/( cm?s?℃)；α=4.6×10-6/℃；σp=7.0Kg/mm2，E=6700Kg/mm2，μ=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。 第一冲击断裂抵抗因子：Rf(1) E

79.81060.75= 4.610667009.8106

=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：Rf(1) E

=170×0.021=3.57 J/(cm?s)

9.一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm2.s.℃),假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。

S解：TmR11 =226×0.184=447℃ 0.31rmh0.3160.05

10.光通过一块厚度为1mm的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。

解:

II0e(s)x

Ie(s)x0.85e(s)0.1 I0

s10ln0.851.625cm1

11.一截面为0.6cm2，长为1cm的n型GaAs样品，设n8000cm2/Vs3，n1015cm，试求该样

品的电阻。

解：

111150.781cm19nqn101.6108000

Rl10.7811.3S0.6