期末作业讲评省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第 四四 章章作作 业业 讲讲 评评第1页第九次作业第九次作业4-1：铝弹性模量为铝弹性模量为70GPa,泊松比为泊松比为0.34，在，在 83MPa静水压时，此单位晶胞体积是多少？静水压时，此单位晶胞体积是多少？解：由解：由E=3K(1-2)得得 K=E/3(1-2)=70Gpa/3(1-2*0.34)=72.9Gpa V/V=/K=83Mpa/72.9GPa=1.14 V=4.0496310-30(1-1.14)=66.3 10-30(m3)答：此答：此单位晶胞体积是单位晶胞体积是66.3 10-30(m3)P176 表表39 点阵常数单位点阵常数单位 第2页4-14.有哪些路径能够提升高分子材料刚性？有哪些路径能够提升高分子材料刚性？结晶结晶 交联交联 提升分子量提升分子量 热处理热处理 复合材料复合材料第3页7.22 Cite the primary differences between elastic,anelastic,and plastic deformation behaviors.概念、概念、原子论角度、原子论角度、施加应力后应变、施加应力后应变、材料差异（或对应材料）材料差异（或对应材料）第4页4-12热处理（退火）实质是什么？它对材热处理（退火）实质是什么？它对材 料拉伸强度、硬度、尺寸稳定性、料拉伸强度、硬度、尺寸稳定性、冲击强度和断裂伸长率有什么影响？冲击强度和断裂伸长率有什么影响？结构弛豫结构弛豫 ，非晶至结晶转变，非晶至结晶转变 P112-113P112-113 拉伸强度、硬度、尺寸稳定性拉伸强度、硬度、尺寸稳定性 冲击强度和断裂伸长率冲击强度和断裂伸长率第十次作业第十次作业第5页4-13 有哪些方法能够改进材料韧性，试举例有哪些方法能够改进材料韧性，试举例 说明。说明。晶粒细化（晶格类型）；晶粒细化（晶格类型）；成份，高分子共混橡胶，金属种杂质；成份，高分子共混橡胶，金属种杂质；热处理；热处理；高分子中银纹。高分子中银纹。第6页4-24 按照粘附摩擦机理，说明为何极性高按照粘附摩擦机理，说明为何极性高 聚物与金属材料表面间摩擦系数较大，聚物与金属材料表面间摩擦系数较大，而非极性高聚物则较小。而非极性高聚物则较小。摩擦系数：摩擦系数：=S/Pm S为剪切强度；为剪切强度；Pm为抗压强度，极性聚合为抗压强度，极性聚合 物作用力大，物作用力大，S大。大。第十一次作业第十一次作业第7页4-29试从金属、陶瓷和高聚物材料结构差异试从金属、陶瓷和高聚物材料结构差异 解释它们在热容、热膨胀系数和热导率等解释它们在热容、热膨胀系数和热导率等 性能方面差异。性能方面差异。原子键合方式不一样；原子键合方式不一样；结构不一样，包含结晶。结构不一样，包含结晶。第8页热导率热导率 金属金属无机非金属无机非金属 高分子高分子 导热微观机制不一样导热微观机制不一样热容热容 高分子高分子无机非金属无机非金属金属金属 热运动基团单元大小不一样热运动基团单元大小不一样热膨胀系数热膨胀系数 金属金属无机非金属无机非金属 高分子高分子 化学键键能不一样化学键键能不一样 自由电子自由电子晶格振动晶格振动分子传导分子传导1mol1mol材料升高材料升高11所需能量所需能量原子在热能增加原子在热能增加时平均振幅时平均振幅第9页17.6(a)BrieflyexplainwhyCv riseswithincreasingtemperatureattemperaturesnear0K.(b)BrieflyexplainwhyCv becomesvirtuallyindependentoftemperatureattemperaturesfarremovedfrom0K.(a)The Cv is zero at 0 K,but it rises rapidly with temperature;this corresponds to an increased ability of the lattice waves to enhance their average energy with ascending temperature.(b)Above what is called the Debye temperature D,Cv levels off and becomes essentially independent of temperature at a value of approximately 3R,R being the gas constant.Thus even though the total energy of the material is increasing with temperature,the quantity of energy required to produce a one-degree temperature change is constant.第10页17.23 For each of the following pairs of materials,decide which has the larger thermal conductivity.Justify your choices.(a)Pure silver;sterling silver(92.5 wt%Ag 7.5 wt%Cu).(b)Fused silica;polycrystalline silica.(c)Linear polyethylene(Mn=450,000g/mol);lightly branched polyethylene(Mn=650,000g/mol).(d)Atactic polypropylene(Mw=106g/mol);isotactic polypropylene(Mw=5105g/mol).（a a）纯银纯银 合金杂质会妨碍自由电子运动，降低传导作用合金杂质会妨碍自由电子运动，降低传导作用 （b b）熔融熔融SiOSiO2 2 熔融熔融SiOSiO2 2有有对流现象对流现象（c c）LLPELLPE 结晶度更大结晶度更大（d d）isotactic PPisotactic PP isotactic PP isotactic PP 结晶结晶全同立构全同立构无规无规第11页4-30 何为半分解温度？它与高分子化学键何为半分解温度？它与高分子化学键 之间有什么关系？之间有什么关系？v半半分分解解温温度度为为高高聚聚物物在在真真空空中中加加热热30min后质量损失二分之一所需要温度后质量损失二分之一所需要温度vK=Ae-E/RT，v键能越大，半分解温度越高键能越大，半分解温度越高v杂环或环状结构、元素高分子杂环或环状结构、元素高分子第12页4-354-35增加高分子材料阻燃性普通有哪些方法？增加高分子材料阻燃性普通有哪些方法？结构和组成结构和组成 提升热稳定性提升热稳定性 引入卤族、磷、氮等元素引入卤族、磷、氮等元素 添加阻燃剂和无机填料添加阻燃剂和无机填料 吸收热量吸收热量 降低温度降低温度 隔离氧隔离氧第13页4-55、将、将2400A.m-1磁场作用到相对磁导率磁场作用到相对磁导率为为5000材料上，计算磁感强度和磁材料上，计算磁感强度和磁化强度。化强度。解：磁化强度：解：磁化强度：M=(r-1)H=(5000-1)2400A.m-1=1.2 107A.m-1磁感强度：磁感强度：B=0(H+M)=410-7(H.m-1)(2400A.m-1+1.2 107A.m-1)=15.1Wb.m-2=15.1tesla或或B=r0H=5000410-7H/m2400A/m=15.1tesla第十三次作业第十三次作业真空磁导率真空磁导率第14页18.7Themagnetizationwithinabarofsomemetalalloyis3.2 105A/matanH fieldof50A/m.Computethefollowing:(a)themagneticsusceptibility磁化率磁化率(b)thepermeability磁导率磁导率(c)themagneticfluxdensitywithinthismaterial.磁感强度磁感强度(d)Whattype(s)ofmagnetismwouldyousuggestasbeingdisplayedbythismaterial?Why?（a）m=M/H=（3.2105A/m）/（50A/m）=6400（b）r=m+1=6401=r0=2.5610-3H/m(c)B=H=2.5610-3H/m(50A/m)=0.402tesla（d）铁磁体）铁磁体m为为103数量级数量级第15页18.9 Confirm that there are 18.9 Confirm that there are 2.2 Bohr magnetons2.2 Bohr magnetons associated with associated with each iron atomeach iron atom,given that,given that the saturation magnetization is 1.70 10 the saturation magnetization is 1.70 106 6 A/m,that iron has a A/m,that iron has a BCC BCC crystal structure,crystal structure,and that the unit cell edge length is 0.2866 and that the unit cell edge length is 0.2866 nm.nm.将将number of Bohr magnetons 代入公式计算代入公式计算Ms=nBB/a3 =22.29.2710-24/(0.286610-9m)3 =1.733106A/m第16页18.25 Figure 18.25 shows the B-versus-H curve for a steel alloy(a)What is the saturation flux density?(b)What is the saturation magnetization?(c)What is the remanence?(d)What is the coercivity?(e)On the basis of the data in Tables 18.5 and 18.6,would you classify this material as a soft or hard magnetic material?Why?第17页(a)The saturation flux density(c)What is the remanence?Bs=1.4 tesla Ms=Bs/0=1.4/(410-7H/m)=1.11 106A/m(b)Bs=0(Hs+Ms)0Ms Br=0.8 tesla(d)What is the coercivity?(e)On the basis of the data in Tables 18.5 and 18.6,would you classify this material as a soft or hard magnetic material?Why?Hc=75 A/m 第18页4-62 已知碲化锌已知碲化锌Eg=2.26eV，它，它 对哪一部分可见光透明？对哪一部分可见光透明？第十四次作业第十四次作业=hc/Eg=0.55mh=6.6210-34J.s/1.610-19=4.1310-15eV.sc=3108m.s-1对波长对波长0.550.7m可见光透明可见光透明第19页19.22Brieflyexplainwhatdeterminesthecharacteristiccolorof(a)ametaland(b)atransparentnonmetal.金属：吸收和再发射金属：吸收和再发射透明非金属：透射、透明非金属：透射、部分吸收（选择性吸部分吸收（选择性吸 收）。收）。第20页19.25Brieflyexplainwhyamorphouspolymersaretransparent,whilepredominantlycrystallinepolymersappearopaqueor,atbest,translucent.半半晶晶聚聚合合物物，结结晶晶与与非非晶晶区区密密度度差差异异造造成成折折射射指指数数差差异异，当当晶晶区区尺尺寸寸大大于于可可见见光光波波长长，造造成成光光散散射射，造造成成不不透透明明或或半半透明。透明。第21页4-74在一块单向玻纤增强不饱和聚酯单面板中，若纤在一块单向玻纤增强不饱和聚酯单面板中，若纤维直径是维直径是20m，纤维体积分数是，纤维体积分数是0.45，Ef=4Gp，Em=80MPa。求（。求（a）单位体积界面面积；）单位体积界面面积；（b）当该复合材料沿纤维方向受到）当该复合材料沿纤维方向受到200MPa拉应力拉应力时，玻纤和基体各承受拉应力是多少？时，玻纤和基体各承受拉应力是多少？解（解（a）设该单向板为）设该单向板为1cm1cm1cm=1cm3正立方体正立方体单根纤维体积单根纤维体积V1=（0.002cm/2）21cm=3.1410-6cm3单根纤维界面面积单根纤维界面面积S1=0.002cm1cm=0.00628cm2则则该该1cm3正立方体单向板复合材料界面面积正立方体单向板复合材料界面面积：Sc=(1cm30.45S1)/V1=900cm2第22页b）Ff/Fm=VfEf/(1-Vf)Em=0.454000MPa/(0.5580MPa)=40.90=F/A（假定（假定Ac=1m2)F=200106NFc=Ff+Fm=40.90Fm+Fm=200106NFm=4.77106NFf=200-4.77=195.23106Nm=4.77106N/0.55m2=8.68MPaf=195.23106N/0.45m2=433MPa第23页4-78一边长为一边长为25mm立方体用薄铝板和硫化橡胶（厚立方体用薄铝板和硫化橡胶（厚度分别为度分别为0.5mm和和0.75mm）交替层压制成。问该）交替层压制成。问该复合板热导率为多少？复合板热导率为多少？（a）平行板方向）平行板方向（b）垂直板方向）垂直板方向（Al=0.22R=0.00012单位单位Js-1m-1K-1）解（解（a a）model:model:铝板和橡胶板分别都为铝板和橡胶板分别都为25mm/25mm/（1.25mm1.25mm）=20=20层层 T2T1qAlqRQQ第24页 V VA1A1=10/25=0.4=10/25=0.4 V VR R=15/25=0.6=15/25=0.6 l l=V=V A1A1 A1A1+V+VR RR R =0.4*0.22+0.6*0.00012 =0.4*0.22+0.6*0.00012 =0.088+0.000072 =0.088+0.000072 =0.088(=0.088(Js-1m-1K-1)第25页(b)Solution:(b)Solution:因为：因为：1/1/t t=V=V A1A1/A1A1+V+Vr r/r r =0.4/0.22+0.6/0.0012=1.82+5000=5001.82=0.4/0.22+0.6/0.0012=1.82+5000=5001.82 t t=1/5001.82=2.0*10=1/5001.82=2.0*10-4-4(Js-1m-1K-1)qT130.5mm30.75mmT2T3T41第26页15.11Acontinuousandalignedfiber-reinforcedcompositeistobeproducedconsistingof30vol%aramidfibersand70vol%ofapolycarbonatematrix;mechanicalcharacteristicsofthesetwomaterialsareasfollows:Also,thestressonthepolycarbonatematrixwhenthearamidfibersfailis45Mpa.Forthiscomposite,compute(a)thelongitudinaltensilestrength,and(b)thelongitudinalmodulusofelasticity.第27页(a(a）the longitudinal tensile strength the longitudinal tensile strength clcl=45*0.7+3600*0.3=45*0.7+3600*0.3 =31.5+1080=1111.5(Mpa)=31.5+1080=1111.5(Mpa)(b)in terms of Equation:(b)in terms of Equation:E Eclcl=E=Em m(1-V(1-Vf f)+E)+Ef f*V*Vf f E Eclcl=2.4*=2.4*0.70.7+131*+131*0.30.3=1.68+39.3=40.98 GPa=1.68+39.3=40.98 GPa(15.17)第28页15.15(a)VerifythatEquation15.11,theexpressionforthefiberloadmatrixloadratio(Ff/Fm),isvalid.(a)m=fm/Em=f/EfFm/Am/Em=Fm/(Am*Em)=Ff/Af/Ef)=Ff/(Af*Ef)Ff/Fm=(Af*Ef)/(Am*Em)=(Ef*Vf)/(Em*Vm)=(Ef*Vf)/Em(1-Vf)Vf=Af*l,Vm=Am*l第29页抗磁铁抗磁铁 m0-10-5顺磁铁顺磁铁 10-5铁磁铁铁磁铁 103亚铁磁铁亚铁磁铁 比铁磁铁小比铁磁铁小反铁磁铁反铁磁铁 m0 顺磁铁顺磁铁 T 升高升高第30页