某介质对于空气的临界角(材料物理性能题库)

Posted 2023-05-29

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某介质对于空气的临界角(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。

29．

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）

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39．钻石之所以璀璨夺目，是因为_________，从而切割钻石时，可使进入的光线全反射并经色散后向其顶部射出，因而看起来光彩四射。

A．钻石折射率很小，故钻石对空气的临界角很大，可以形成全反射

B．钻石折射率很大，故钻石对空气的临界角很小，容易形成全反射

C．钻石具有双折射特性

D．钻石具有二向色性

40．皑皑白雪为何是白色的？这是因为白雪对太阳光的_________。

A．廷德尔散射 B．瑞利散射 C．吸收 D．折射

41．关于固体激光器出射激光的必要条件，以下论述中正确的是_________。

A．只要形成光放大即可，无需考虑吸收与损耗

B．激活介质必须形成粒子数反转

C．可以不要光学谐振腔

D．激活介质必须要被加热到足够温度

42．关于材料的热膨胀，以下描述中正确的是_________。

A．膨胀系数随温度的变化规律与热容随温度的变化规律截然不同

B．金属熔点越高，膨胀系数越大

C．金属发生同素异构转变时，由于晶体结构类型的变化伴随着金属比体积发生突变，引起线膨胀系数发生不连续变化

D．在元素周期表中，膨胀系数随元素的原子序数呈现明显的周期性变化，其中碱金属的线膨胀系数最小，过渡族元素的线膨胀系数较大

43． _________不是金属的热电效应。

A．塞贝克效应 B．洛伦兹效应 C．帕尔贴效应 D．汤姆逊效应

44．如何提高陶瓷材料的抗热冲击断裂性能？以下措施中错误的是________。

A．提高材料强度

B．提高材料的热导率

C．提高材料的热膨胀系数

D．减小表面热传递系数

45．关于材料的滞弹性与内耗，以下描述中错误的是_________

A．实际固体材料，即使是在弹性范围内振动，也并不是完全弹性的

B．滞弹性会引起滞弹性内耗，其能量损耗的大小与应力-应变回线的面积有关

C．去除应力后，应变也不立即消失，而是先消失一部分

D．金属中只存在滞弹性内耗，不存在静滞后型的内耗

46．以下关于交流动态磁滞回线的论述，错误的是___________。

A．交流动态磁滞回线的形状与磁场变化的频率以及波形有关

B．交流动态磁滞回线的形状与磁场强度有关

C．当外加磁场交变频率上升时，呈现椭圆回线的磁场强度范围会扩大

D．当外加磁场交变频率上升时，各磁场强度下，回线的矩形比将降低

47．关于材料的热膨胀，以下描述正确的是_________。

A．在元素周期表中，同一周期中过渡族元素的线膨胀系数大，碱金属的线膨胀系数小

B．膨胀系数随温度变化的规律与热容随温度变化的规律截然不同

C．结合能越大，材料熔点越高，热膨胀系数越小

D．离子晶体的热膨胀系数大于分子晶体

48．现代航天飞行器往往需要存储液态氢燃料，因而需要热导率很低的材料。航天飞机和宇宙飞船再入大气层时的防热材料也必须满足热导率很低这一要求。这种低热导材料_________。

A．是金属，金属主要以电子热导为主，声子热导为辅

B．是非金属材料，基本没有电子热导

C．在低温下就以光子热导为主

D．只要高熔点，热稳定性好即可

49．随着温度的升高，材料的弹性模量会_________。

A．增大 B．减小 C．不变 D．不能确定

50．关于材料的滞弹性，以下描述中错误的是_________。

A．实际固体材料，即使是在弹性范围内振动，也并不是完全弹性的

B．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

C．去除应力后，应变也不立即消失，而是先消失一部分

D．在应力循环中，滞弹性不会导致外界能量的损耗

四、解答/计算（全部是作业题）

1．电介质的极化形式有哪些？每一种极化形式有何特点？

答：电介质的极化形式包括电子式极化、离子式极化、偶极子极化与空间电荷极化。这些极化形式的特点如下：

电子式极化：在电场作用下，构成介质原子的电子云中心与原子核发生相对位移，形成感应电偶极矩而使介质极化的现象称为电子式极化。电子式极化形成过程很快，仅需10-14~10-16s。这种极化是完全弹性的，即外电场消失会立即恢复原状，且不消耗任何能量。

离子式极化：在离子晶体中，除离子中的电子要产生位移极化外，处于点阵结点上的正负离子也要在电场作用下发生相对位移而引起极化，这就是离子是极化，又称离子位移极化。（1分）这种极化根据离子位移的大小以及取消外电场后能否恢复原位又分为：（1）离子弹性位移极化，这种极化过程也很快，约10-12~10-13s，也是不消耗能量，这种极化因离子间束缚力很强，离子位移有限，一旦撤去外电场后又会恢复原状。（2）热离子极化，在离子晶体中，往往有一定数量的束缚力较弱的离子，它们在热能影响下会做无规则的跳跃迁移，无外电场时，这种迁移沿各个方向的概率相同，故无宏观电矩；在加外电场后，由于正负离子沿外电场正向或者逆向迁移的概率增大，因此形成了正负离子的分离而产生介质极化，这种极化建立过程较长，约10-2~10-5s，有极化滞后现象。

偶极子极化：在极性分子晶体中，偶极分子无外电场时，就有一定的电偶极矩p。无外电场时，因为热运动，各分子偶极矩取向是完全随机的，宏观电偶极矩为零。但因有外电场时，由于偶极子要受到转矩的作用，有沿电场方向排列的趋势而形成极化。这种极化所需时间较长为10-2~10-10s。且极化是非弹性的。即撤去外电场后，偶极子不能恢复原状。在极化过程中要消耗能量。

空间电荷极化。在一部分电介质中存在可移动的离子，在外电场作用下，正离子将沿负电极方向移动并积累，负离子将沿正离子方向移动并积累，这种正负离子分离所形成的极化就是空间电荷极化。这种极化所需时间最长，约10-2s。

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3．试分别说明抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体、反铁磁体的磁化率与温度的关系。它们的磁矩分布有何特点？

答：（1）抗磁体的磁化率是一个很小的负数，其绝对值约10-6数量级。根据磁化率与温度的关系又可分为：a）经典抗磁体，它的磁化率不随温度变化； b）反常抗磁体，它的磁化率随温度变化而变化。抗磁体的磁矩分布特点是：原子的电子壳层已经填满，电子轨道磁矩与自旋磁矩之和为零，这时在没有外磁场的情况下，原子不具有磁性，在外加磁场条件下，总磁矩为零的满壳层原子也会体现出磁矩，这是因为外加磁场感应的轨道磁矩增量对磁性的贡献。

（2）顺磁体，磁化率为正值，其绝对值约10-3~10-6数量级。根据磁化率与温度的关系又可分为：a）正常顺磁体，它的磁化率与温度的关系满足居里-外斯定律； b）反常顺磁体，它的磁化率与温度无关。顺磁体的磁矩分布特点是：顺磁性来源于原子的固有磁矩，不加外磁场时，因为热运动，原子磁矩呈现混乱分布，宏观原子磁矩之和为零。当加上外磁场时，外磁场要使原子磁矩转向外磁场方向，结果使得总磁矩大于零而表现出正向磁化。

（3）铁磁体，磁化率为很大的正数，且磁化强度M与磁感应强度B与外加磁场强度H呈非线性变化。当温度高于某临界温度（居里点）时，铁磁体变为顺磁体。当温度升高时，原子间距加大，降低了交换作用，同时热运动不断破坏原子磁矩的规则取向，因而磁化率下降，直到高于居里点完全破坏，铁磁性就不存在了。铁磁体的磁矩分布特点是：存在交换作用导致的自发磁化，原子磁矩有序排列在同一方向。

（4）亚铁磁体，磁化率没有铁磁体那么大，但是磁性与铁磁体类似，随温度升高，磁化率下降，当温度高于某临界温度（居里点）时，亚铁磁体变成顺磁体。亚铁磁性物质由两种磁矩大小不同的离子组成，相同磁性的离子磁矩同向排列，不同磁性的离子磁矩反向排列。由于两种离子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不能恰好抵消，二者之差表现为宏观磁性，这就是亚铁磁性。

（5）反铁磁体，磁化率为一个很小的正数，在低于某个温度时，它的磁化率随温度的上升而增大，当高于某个温度时，其行为又像顺磁体，随温度升高，磁化率又会减小。（0.5分）反铁磁体的磁矩分布特点是：原子磁矩取向是反向平行排列，相邻原子磁矩相等，原子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零。

4．名词解释：色散；双折射；二向色性；瑞利散射；激活介质；激光。

答：（1）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，称为折射率的色散。

（2）双折射：一束光通过各向异型的介质表面时，折射光会分成两束沿不同方向传播，这种一束光折射后分成两束光的现象称为双折射。

（3）二向色性：晶体结构的各向异性不仅能引起折射率的各向异性，也引起吸收率的各向异性，这就是二向色性。

（4）瑞利散射：当散射中心的线度远小于入射光波长的时候，散射强度与波长的4次方成反比，这就是瑞利散射。

（5）激活介质：实现粒子数反转的介质对光有放大作用，称为“激活介质”，它是能够产生光的受激辐射并起放大作用的物质体系。

（6）激光：在外来光子的激发下诱发电子能态的转变，从而发射与外来光子频率、相位、传输方向以及偏振态均相同的相干光波。

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6．试述光与物质作用的三个过程。

答；光与物质相互作用的三个过程包括受激吸收、自发辐射与受激辐射。受激吸收就是固体吸收一个光子的过程，光子能量hν=E2-E1，固体中一个电子的能级由E1跃迁到E2；自发辐射就是固体发射一个光子的过程，光子能量hν=E2-E1，固体中一个电子的能级由E2跃迁到E1；（2分）受激辐射过程是，当一个能量满足hν=E2-E1的光子趋近于高能级E2的原子时，有可能诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子（同时该高能级原子的电子由E2跃迁到E1），此受激辐射的光子与入射的光子具有相同的频率，方向和偏振状态。受激辐射是一种相干过程，一个入射光子被放大为两个光子，若此过程继续，则入射光子数目成等比级数的放大。由此可以看出，受激辐射是受激吸收的逆过程，它的发生使高能级的原子数减少。

7．在金属与本征半导体中掺入杂质，会对电阻率带来的什么样的影响？为什么会有这种影响？

答：在金属中掺入杂质，会使电阻率增大；而在本征半导体中掺入杂质，会使电阻率减小。这是因为杂质对于金属而言属于化学缺陷，杂质的引入会加大电子在杂质与缺陷上的散射程度，因而引起电阻率的增大。）而对于本征半导体而言，掺杂都会使得载流子浓度急剧增加，载流子浓度增大远远超过了杂质引入导致的散射增强，因而总体效果是电阻率减小。

8．试说明铁磁体的技术磁化过程。

答：铁磁体的技术磁化过程大体分为三个阶段。第一阶段对应于刚开始所施加外磁场尚比较弱时，在弱磁场作用下，对与自发磁化方向成锐角的磁畴，因为静磁能低的有利地位就会发生扩展，而呈钝角的磁畴则缩小，这个过程是磁畴壁的迁移来完成的，材料表现出微弱的磁性，这一阶段磁畴壁的移动是可逆的，如此时撤去外磁场，则磁畴结构与宏观磁化都恢复到起始状态。这就是第一阶段的畴壁可逆迁移区。如果此时继续增强外磁场，则畴壁将发生瞬时的跳跃。换言之，某些与外加磁场成钝角的磁畴瞬间转向与磁场成锐角的易磁化方向，这个过程的壁移是以不可逆的跳跃式进行，称为巴克豪森跳跃。假如在此时减弱外磁场，则铁磁体的磁状态将偏离原先的磁化曲线，呈不可逆过程的特征。这就是第二阶段的磁畴不可逆迁移区。继续增强外磁场，当所有磁畴都转向与磁场成锐角的易磁化方向后成为单畴。因为易磁化方向与外加磁场不一致，如果再增强外磁场，磁矩将逐渐转向外磁场方向，因为这一过程磁场要为增加磁晶各向异性能做功，故转动很困难，磁化的增加比较微弱，当磁畴的磁化强度矢量与外磁场方向完全一致（或基本一致）时，磁化达到饱和，即磁饱和状态。这就是第三阶段的畴转磁化区。

9．影响介质折射率的因素有哪些？这些因素是如何影响折射率的？

答：影响介质折射率的因素有构成材料元素的离子半径；材料的结构、晶型与非晶态；材料所受内应力与同质异构体四方面。具体的影响情况如下：

构成材料元素的离子半径。介质的折射率随介质的介电常数的增大而增大，而当介质材料的离子半径增大时，介电常数增加，因而折射率随之增大。因此，常用大离子得到高折射率的材料。

材料的结构、晶型与非晶态。折射率除与离子半径有关以外，还与离子的排列密切程度相关。对于非晶体与立方晶系等各向同性的材料，当光通过时，光速不因传播方向改变而发生改变，因此只有一个折射率。而除立方晶系以外的其他晶型，光进入时，一般都要分为振动方向相互垂直，传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这就是双折射现象。

材料所受的内应力。由内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的折射率大，平行于受拉主应力方向的折射率小。

同素异构体。存在着同素异构转变的材料中，一般高温时存在的晶型折射率低，而低温时的晶型折射率高。

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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。

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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。