西工大-物理性能復(fù)習(xí)題答案

1、1,復(fù)習(xí)題 第一章-1,1、一個(gè)具有5MeV能量的粒子穿過(guò)原子，是否可用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理？槍彈的質(zhì)量為0.02Kg，飛行速度為1000m/s，求其德布羅意波長(zhǎng)，并討論有無(wú)必要用量子力學(xué)來(lái)處理？ 2、求下列粒子的德布羅意波的波長(zhǎng)：在300K以下平均熱動(dòng)能E=2/3(kT)運(yùn)動(dòng)的電子，以30m/s運(yùn)動(dòng)的0.1Kg的高爾夫球，并討論有無(wú)必要用量子力學(xué)來(lái)處理？ 3、什么是物質(zhì)波，波函數(shù)表示的物理意義是什么？ 4、請(qǐng)對(duì)經(jīng)典自由電子學(xué)說(shuō)，量子電子理論及能帶理論進(jìn)行比較。,2,5、解釋費(fèi)密分布函數(shù)圖的物理意義。 6、什么是費(fèi)密界？ 7、畫(huà)出準(zhǔn)自由電子模型的E-K曲線，并指出何處為允帶、禁帶？ 8、禁帶的起因是

2、什么？ 9、什么是布里淵區(qū)？ 10、請(qǐng)分析準(zhǔn)自由電子近似能級(jí)密度曲線與自由電子近似的能級(jí)密度的不同。,復(fù)習(xí)題 第一章-2,3,11、請(qǐng)畫(huà)出能帶交疊時(shí)的準(zhǔn)自由電子能級(jí)曲線并加以分析。 12、請(qǐng)畫(huà)出二個(gè)H原子距離R0.53時(shí)，形成穩(wěn)定的分子，二個(gè)電子占據(jù)的能級(jí)情況，并從能級(jí)角度說(shuō)明。 13、對(duì)金屬來(lái)說(shuō)，如果N個(gè)原子鍵合（如果原子為同一量子狀態(tài)），晶體能級(jí)將發(fā)生什么變化？請(qǐng)畫(huà)出。 14、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表明了什么？是否是測(cè)量?jī)x器不夠精確所致？ 15、是否可以將p,x同時(shí)測(cè)準(zhǔn)？為什么？ 16、請(qǐng)用能帶中的能級(jí)狀態(tài)密度Z(E)分布曲線來(lái)表示布氏區(qū)的能量狀態(tài),復(fù)習(xí)題 第一章-3,4,復(fù)習(xí)題 電學(xué),1、金屬晶體產(chǎn)

3、生電阻的根源是什么？ 2、試述金屬中電子散射系數(shù)同馬西森定律間的關(guān)系。 3、簡(jiǎn)述金屬電阻率在不同溫度范圍內(nèi)與溫度的關(guān)系。 4、簡(jiǎn)述雙電橋法測(cè)量電阻的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)導(dǎo)線和接觸電阻是如何消除的？ 5、如何采用電阻法測(cè)繪二元共晶圖中的溶解度曲線。 6、請(qǐng)對(duì)二元連續(xù)固溶體電阻率與原子濃度間的關(guān)系用圖表示，并加以說(shuō)明。 7、如何用電阻法評(píng)價(jià)半導(dǎo)體單晶的純度？,8、請(qǐng)用能帶理論解釋材料導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體特性,5,復(fù)習(xí)題 熱學(xué)-1,試述經(jīng)典熱容理論、愛(ài)因斯坦熱容理論與德拜熱容理論比較的異同之處？ 德拜熱容理論的成功之處是什么？ P291第2題 P291第3題 “所有金屬的熱容都是固定不變的，等于3R”此種說(shuō)法

4、對(duì)嗎？請(qǐng)結(jié)合金屬銅的熱容曲線說(shuō)明。 陶瓷材料與金屬材料熱容相比主要差別是什么？ 什么是一級(jí)相變？什么是二級(jí)相變？各有哪些變化？ 請(qǐng)比較DSC法、DTA法，各有什么特點(diǎn)?,6,9、在金屬凝固和熔化熱分析曲線上實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線有何不同？為什么？ 10、試分析教科書(shū)中，圖5.18曲線 11、P291 第4題 12、P291 第5題 13、影響熱膨脹的因素有哪些？ 14、 P291 第8題 15、 P291 第9題 16、鋼不同顯微組織的密度、比容排序 17、P292 第14題,復(fù)習(xí)題 熱學(xué)-2,7,什么是原子固有磁矩？ 電子磁矩的最小單位是什么？ 金屬到底是抗磁性還是順磁性從那些方面判斷？ 正離子

5、的抗磁性的特點(diǎn) 正離子的順磁性的特點(diǎn) 自由電子的順磁性的特點(diǎn) 什么是鐵磁性材料的退磁場(chǎng)？與哪些因素有關(guān)？ 什么是自發(fā)磁化理論？ 形成鐵磁性的基本條件是什么？ 技術(shù)磁化的本質(zhì)是什么？ 哪些是組織敏感參數(shù)？哪些是組織不敏感參數(shù)？,復(fù)習(xí)題 磁學(xué)-1,8,復(fù)習(xí)題 磁學(xué)-2,12、P376 10題 13、 P376 12題 14、 P376 13題 15、 P376 14題 16、 P376 15題 17、 P375 第1題 18、 P375 第2題 19、 P375 第3題 20、 P375 第4題,9,1、一個(gè)具有5MeV能量的粒子穿過(guò)原子，是否可用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理？槍彈的質(zhì)量為0.02Kg，飛行速度

6、為1000m/s，求其德布羅意波長(zhǎng)，并討論有無(wú)必要用量子力學(xué)來(lái)處理？,第一章 答案,解：,分別計(jì)算兩種情況的波長(zhǎng)，加以判斷,10,2、求下列粒子的德布羅意波的波長(zhǎng)：在300K以下平均熱動(dòng)能E=2/3(kT)運(yùn)動(dòng)的電子，以30m/s運(yùn)動(dòng)的0.1Kg的高爾夫球，并討論有無(wú)必要用量子力學(xué)來(lái)處理？,解：,當(dāng)電子的波長(zhǎng)障礙物的縫隙（d晶格常數(shù)），波性顯示出來(lái)，需要用量子力學(xué)理論處理問(wèn)題,高爾夫球波長(zhǎng)很短，波性很不明顯，可以忽略不計(jì)，不必用量子力學(xué)理論處理,11,3、什么是物質(zhì)波，波函數(shù)表示的物理意義是什么？,解：,物質(zhì)波是一種幾率波,波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)意義： 在某一時(shí)刻，在空間的某一點(diǎn)，粒子出現(xiàn)的幾率，正比于

7、該時(shí)刻、該地點(diǎn)的波函數(shù)的平方。,12,10、請(qǐng)分析準(zhǔn)自由電子近似能級(jí)密度曲線與自由電子近似的能級(jí)密度的不同。,答：,答案敘述在教科書(shū)P2324,13,第二章 答案,1、 P94 第9題 已知鎳鐵合金中加入一定量的鉬，可以使合金由統(tǒng)計(jì)均勻狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪鶆蚬倘荏w,答：,P95圖2.70,普通無(wú)序狀固溶體，隨著冷變形量增加，電阻率明顯上升 在不均勻K狀態(tài)時(shí)，冷變形使得固溶體不均勻組織被破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀o(wú)序狀固溶體，隨著冷變形量增加，電阻率明顯下降 當(dāng)鉬含量大于1%時(shí)，電阻率隨冷變形量增加而下降，說(shuō)明合金是K狀態(tài)。1%時(shí)，電阻率不變即為極限值,14,2、 P94 第10題 試評(píng)述下列建議：因?yàn)殂y有良好的

8、導(dǎo)電性而且能夠在鋁中固溶一定的數(shù)量,答：,a: 固溶強(qiáng)化強(qiáng)度不夠高；電阻率增加；Al價(jià)格昂貴，不宜用于高壓輸電線,b: 鋁合金第二相強(qiáng)化、加工硬化等,15,3、微觀粒子具有波性，它表示的物理意義是什么？,以電子為例：電子是微觀粒子，具有波性。這種電子波是一種具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律的幾率波。 幾率波它決定了電子在空間某個(gè)位置出現(xiàn)的幾率。 空間位置坐標(biāo)(x,y,z)，波函數(shù)為(x,y,z,t)，t表示在t時(shí)刻，電子在空間(x,y,z)出現(xiàn)的幾率。 函數(shù)寫(xiě)為（x，y，z，t）或（r,t）,3、答：,4、請(qǐng)對(duì)經(jīng)典自由電子學(xué)說(shuō)，量子電子理論及能帶理論進(jìn)行比較。,4、答：,復(fù)習(xí)題 第一章-答案,16,17,5、解釋

9、費(fèi)密分布函數(shù)圖的物理意義。,（費(fèi)米狄拉克分布函數(shù)）,5、答：,費(fèi)米分布函數(shù)圖的意義：在熔點(diǎn)以下，雖然自由電子都受到而熱激發(fā)，但只是在EF附近kT范圍內(nèi)的電子，才能由EF以下能級(jí)跳到EF以上能級(jí)。即溫度變化時(shí)，只有小部分的電子受到影響。,18,當(dāng)溫度TOK時(shí)，且EFkT（室溫kT=0.025eV） （金屬在熔點(diǎn)之下皆滿足此條件）,19,6、什么是費(fèi)密界？,6、答：,EF表示自由電子所能有的最大能量。稱為最大費(fèi)米能或費(fèi)米界,7、畫(huà)出準(zhǔn)自由電子模型的E-K曲線，并指出何處為允帶、禁帶？,7、答：,20,8、禁帶的起因是什么？,8、答：,禁帶形成的物理學(xué)原理及條件,對(duì)于任意一個(gè)K值，不同列原子的反射波

10、相位不同，由于干涉而相互抵消，即反射波為零。表示具有這樣K值的電子波在晶體中傳播沒(méi)有受到影響。,21,當(dāng)前進(jìn)波的波長(zhǎng)滿足布喇格方程時(shí)，得到一加強(qiáng)的反射波,駐波現(xiàn)象與晶體衍射現(xiàn)象完全相同,周期場(chǎng)的效應(yīng)是把自由電子E-K關(guān)系的拋物線準(zhǔn)連續(xù)譜分割成為允許能量范圍的允帶和禁止能量范圍的禁帶,22,9、什么是布里淵區(qū)？,9、答：布里淵區(qū)電子所允許存在的能量范圍。在布氏區(qū)內(nèi)部，電子能量是連續(xù)的。而在其界面，電子的能量將發(fā)生突變。,12、請(qǐng)畫(huà)出二個(gè)H原子距離R0.53時(shí)，形成穩(wěn)定的分子，二個(gè)電子占據(jù)的能級(jí)情況，并從能級(jí)角度說(shuō)明。,12、答：,13、對(duì)金屬來(lái)說(shuō)，如果N個(gè)原子鍵合（如果原子為同一量子狀態(tài)），晶體

11、能級(jí)將發(fā)生什么變化？請(qǐng)畫(huà)出。,13、答：N個(gè)原子鍵合時(shí)，一個(gè)原子能級(jí)，分裂為N個(gè)分子能級(jí)（能量下降）,23,14、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表明了什么？是否是測(cè)量?jī)x器不夠精確所致？,14、答：測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表明：對(duì)于微觀粒子不能同時(shí)用確定的位置和確定的動(dòng)量來(lái)描述。 也就是說(shuō)用經(jīng)典力學(xué)的物理量來(lái)描述微觀粒子，是測(cè)不準(zhǔn)的，只能在一定的近似程度內(nèi)做到。 對(duì)顯示波性的微觀粒子，如果要愈加精確地測(cè)量某一個(gè)量，另一個(gè)量就愈加測(cè)不準(zhǔn)。 不是測(cè)量?jī)x器不夠準(zhǔn)確,15、是否可以將p,x同時(shí)測(cè)準(zhǔn)？為什么？,15、答,根據(jù) xph 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,24,16、請(qǐng)用能帶中的能級(jí)狀態(tài)密度Z(E)分布曲線來(lái)表示布氏區(qū)的能量狀態(tài),答：,25,復(fù)習(xí)題

12、 電學(xué)-答案,1、答：,當(dāng)電子波通過(guò)一個(gè)理想的點(diǎn)陣時(shí)(OK)，它將不受到散射； 當(dāng)溫度，離子 (又稱聲子) 熱振動(dòng)，使電子波受到散射。 在晶體點(diǎn)陣完整性受到破壞的地方，電子波受到散射，如置換原子，錯(cuò)位，缺陷等等。 正是由于電子波在這些地方發(fā)生散射，才產(chǎn)生了電阻。,1、金屬晶體產(chǎn)生電阻的根源是什么？,26,2、試述金屬中電子散射系數(shù)同馬西森定律間的關(guān)系。,2、答：,馬基森定律,3、簡(jiǎn)述金屬電阻率在不同溫度范圍內(nèi)與溫度的關(guān)系。,3、答：,27,分析電阻溫度曲線：,28,4、簡(jiǎn)述雙電橋法測(cè)量電阻的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)導(dǎo)線和接觸電阻是如何消除的？,4、答：實(shí)驗(yàn)已作過(guò),29, 比較一下i1，i2，i3那個(gè)大，AC

13、EF線路的電阻小。這樣只要X略有一點(diǎn)變動(dòng)，立即會(huì)大大地影響C點(diǎn)的電位，進(jìn)而影響D點(diǎn)的電位。,能靈敏地反映出X待測(cè)電阻的變化，即測(cè)量精度較高。,優(yōu)點(diǎn)：,即可減少導(dǎo)線和接頭電阻引起的誤差。, 檢流計(jì)G不是直接連接在X,N上，而是通過(guò)大電阻R1R2連接。連接導(dǎo)線的電阻和接頭的接觸電阻引起的誤差，基本上不影響測(cè)量精度。他們與R1R2相比很小，可忽略不計(jì) 。VB=VD實(shí)際上已包含了他們的影響。,30,復(fù)習(xí)題 熱學(xué)-1-答案,試述經(jīng)典熱容理論、愛(ài)因斯坦熱容理論與德拜熱容理論比較的異同之處？,1、答：,實(shí)驗(yàn)指出：在低溫時(shí)，熱容和T3成比例。而上式的理論值比實(shí)驗(yàn)值更快地趨于零 誤差來(lái)源于：愛(ài)因斯坦忽略了鄰近原

14、子之間存在的聯(lián)系。認(rèn)為每個(gè)原子的振動(dòng)頻率是相同的,32,2、德拜熱容理論的成功之處是什么？,2、答案見(jiàn)上表,3、P291第2題,3、答案見(jiàn)書(shū)P217,4、P291第3題,4、答案見(jiàn)書(shū)P223 圖5.10，圖5.11,6、陶瓷材料與金屬材料熱容相比主要差別是什么？,6、答案見(jiàn)書(shū)P218 圖5.4,33,什么是原子固有磁矩？ 電子磁矩的最小單位是什么？ 金屬到底是抗磁性還是順磁性從那些方面判斷？ 正離子的抗磁性的特點(diǎn) 正離子的順磁性的特點(diǎn) 自由電子的順磁性的特點(diǎn) 什么是鐵磁性材料的退磁場(chǎng)？與哪些因素有關(guān)？ 什么是自發(fā)磁化理論？ 形成鐵磁性的基本條件是什么？ 技術(shù)磁化的本質(zhì)是什么？ 哪些是組織敏感參

15、數(shù)？哪些是組織不敏感參數(shù)？,復(fù)習(xí)題 磁學(xué)-1,34,復(fù)習(xí)題 磁學(xué)-2,12、P376 10題 13、 P376 12題 14、 P376 13題 15、 P376 14題 16、 P376 15題 17、 P375 第1題 18、 P375 第2題 19、 P375 第3題 20、 P375 第4題,35,1、答：原子固有磁矩（本征磁矩）=電子軌道磁矩（矢量）+電子自旋磁矩（矢量） 2、答：玻爾磁子B 3、 答：正離子的抗磁性、正離子的順磁性、自由電子的抗磁性、自由電子的順磁性,復(fù)習(xí)題 磁學(xué)-答案,36,任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性,抗數(shù)量級(jí)很小10-6，常被順磁性或其它磁性掩蓋,4、

16、答：抗與z成正比，與溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān),37,答：正離子的順磁性來(lái)源于原子的固有磁矩（本征磁矩）m 產(chǎn)生順磁性的條件原子的固有磁矩m0,居里定律,正離子的順磁性與溫度成反比,答：自由電子主要表現(xiàn)為順磁性,順磁磁化率：,38,答：鐵磁性材料被磁化后，內(nèi)部形成于外磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)Hd。退磁場(chǎng)與磁化強(qiáng)度M成正比；退磁因子與鐵磁體的形狀有關(guān)。閉合環(huán)形試樣無(wú)退磁場(chǎng)，最易磁化 答：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的“分子場(chǎng)”，在此作用下，原子磁矩。P303 答：,39,答：技術(shù)磁化過(guò)程，就是外加磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過(guò)程。也就是外磁場(chǎng)的作用把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向（或近似外磁場(chǎng)方向）上去的過(guò)程。進(jìn)行的方式：1）壁的遷移；2）疇的旋轉(zhuǎn) 答：,組織不敏感參量：凡是與自發(fā)磁化有關(guān)的參量，如：Ms、s、K、 Tc 組織敏感參量：凡與技術(shù)磁化有關(guān)的參量，如：Hc、Mr,12、答：,熱磁曲線,答：鐵磁法,40,1-8、試用布拉格反射定律說(shuō)明晶體電子能譜中禁帶產(chǎn)生的原因,答：,當(dāng)入射電子波的波矢K滿足布拉格反射公式時(shí)，則得到另一加強(qiáng)的反射波，由布拉格反射定律得：,電子的波函數(shù)應(yīng)是入射波和反射波的組合，在K臨界值處形成駐波,電子突然失去前進(jìn)的速度和動(dòng)能,