2025年高三物理上學(xué)期“物理陶瓷”中的物理知識考查卷一、單項選擇題（每題4分，共40分）氮化硅陶瓷在第三代半導(dǎo)體封裝中展現(xiàn)出優(yōu)異性能，其熱導(dǎo)率高達90W/m·K。關(guān)于熱導(dǎo)率的物理意義，下列表述正確的是（）A.單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量B.單位溫度梯度下單位時間通過單位面積的熱量C.物體溫度升高1℃所需的熱量D.單位質(zhì)量的物體溫度升高1℃所需的熱量片式多層陶瓷電容器（MLCC）是電子設(shè)備中的關(guān)鍵元件，其工作原理基于電介質(zhì)的極化現(xiàn)象。在MLCC充電過程中，下列說法正確的是（）A.電介質(zhì)內(nèi)部電場強度始終為零B.電介質(zhì)表面感應(yīng)電荷與極板電荷異號C.極化強度矢量方向與外電場方向相反D.電介質(zhì)的相對介電常數(shù)隨電壓增大而線性增加微波介質(zhì)陶瓷廣泛應(yīng)用于5G通信設(shè)備，其介電損耗tanδ需控制在極低水平。若某微波陶瓷在10GHz頻率下的tanδ=0.0005，則該材料在交變電場中能量損耗的主要原因是（）A.分子熱運動導(dǎo)致的能量耗散B.電介質(zhì)極化滯后于電場變化C.自由電子定向移動形成的焦耳熱D.晶格振動吸收電磁波能量西安交大研發(fā)的無漂移相變存儲材料通過調(diào)控非晶結(jié)構(gòu)弛豫實現(xiàn)電阻穩(wěn)定。非晶態(tài)材料的電阻漂移源于原子的（）A.長程有序排列B.局域結(jié)構(gòu)缺陷演化C.熱振動幅度增大D.電子自旋耦合效應(yīng)氮化鋁基板的熱膨脹系數(shù)與硅芯片（α≈3×10??/℃）匹配，可有效減少封裝應(yīng)力。若某氮化鋁基板在20℃時長度為10cm，當(dāng)溫度升至120℃時，其長度變化量ΔL約為（已知α=4.5×10??/℃）（）A.4.5×10??mB.4.5×10??mC.4.5×10?3mD.4.5×10?2m碳化硅纖維增強復(fù)合材料在航空發(fā)動機葉片中應(yīng)用，其強度來源于纖維與基體的界面結(jié)合。當(dāng)材料受拉時，纖維的主要作用是（）A.阻礙基體裂紋擴展B.降低材料整體密度C.提高基體的熱導(dǎo)率D.增強材料的介電性能3D打印陶瓷技術(shù)中，通過控制激光功率實現(xiàn)材料的選擇性燒結(jié)。若激光波長為1064nm，其光子能量約為（h=6.63×10?3?J·s，c=3×10?m/s）（）A.1.86×10?1?JB.1.86×10?1?JC.1.86×10?1?JD.1.86×10?1?J透明YAG陶瓷作為激光介質(zhì)，需滿足高透光率要求。其透光性的微觀本質(zhì)是（）A.晶體結(jié)構(gòu)中不存在雜質(zhì)原子B.光子能量未達到禁帶寬度C.晶格振動模式不吸收可見光D.陶瓷致密度接近100%壓電陶瓷傳感器可將機械振動轉(zhuǎn)化為電信號，其工作原理基于（）A.逆壓電效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.正壓電效應(yīng)北京大學(xué)陳克新團隊實現(xiàn)氮化硅陶瓷室溫拉伸塑性，形變量達20%，其核心機制是（）A.位錯運動克服共價鍵束縛B.晶粒邊界滑動釋放應(yīng)力C.相變誘發(fā)的體積膨脹D.纖維橋聯(lián)阻礙裂紋擴展二、多項選擇題（每題5分，共20分，選對但不全得3分，有錯選得0分）陶瓷基金剛石復(fù)合材料熱導(dǎo)率高達600W/m·K，在星載雷達散熱中應(yīng)用。下列措施能提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的有（）A.增加金剛石顆粒體積分?jǐn)?shù)B.優(yōu)化顆粒界面結(jié)合狀態(tài)C.減小金剛石顆粒尺寸至納米級D.引入定向排布的導(dǎo)熱通道微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)ε?和品質(zhì)因數(shù)Q是關(guān)鍵參數(shù)。在5G基站天線設(shè)計中，對材料性能的要求包括（）A.ε?高以減小器件尺寸B.ε?穩(wěn)定且受溫度影響小C.Q值高以降低信號衰減D.介電損耗隨頻率升高而增大10納米功能陶瓷通過晶粒細(xì)化實現(xiàn)性能提升。與傳統(tǒng)陶瓷相比，納米陶瓷可能具有的特性有（）A.斷裂韌性提高B.燒結(jié)溫度降低C.熱膨脹系數(shù)增大D.表面能顯著增加3D打印陶瓷過程中，激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）技術(shù)的物理原理涉及（）A.光熱轉(zhuǎn)換導(dǎo)致粉末熔化B.表面張力驅(qū)動顆粒粘結(jié)C.固態(tài)擴散促進致密化D.光子激發(fā)原子躍遷三、實驗題（18分）某小組探究“陶瓷材料的介電性能”，采用如圖所示的平行板電容器裝置，其中介質(zhì)為微波陶瓷樣品（厚度d=2mm，面積S=10cm2）。（1）測量陶瓷的相對介電常數(shù)ε?：先將電容器接入交流信號源（頻率f=1kHz），用示波器測得電壓U=2V，電流I=0.5mA；計算電容C=______F（保留2位有效數(shù)字）；結(jié)合公式C=ε?ε?S/d，求得ε?=______（ε?=8.85×10?12F/m，保留整數(shù)）。（2）研究介電損耗與頻率的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率升高至10MHz時，電流相位差φ增大。這表明（）A.介電損耗減小B.極化響應(yīng)速度加快C.容抗逐漸大于感抗D.陶瓷導(dǎo)電性增強（3）若將樣品替換為壓電陶瓷，施加交變電壓后發(fā)現(xiàn)電容器極板間距發(fā)生周期性變化，此現(xiàn)象稱為______效應(yīng)，可用于制作______（舉一例應(yīng)用）。四、計算題（22分）（10分）氮化硅陶瓷軸承在高速電機中工作，其摩擦系數(shù)μ=0.001，承受軸向壓力F=1000N。（1）若軸承轉(zhuǎn)速n=3000r/min，軸徑d=20mm，求摩擦力矩M的大?。唬?）計算軸承每秒因摩擦產(chǎn)生的熱量Q（假設(shè)摩擦功全部轉(zhuǎn)化為熱能）。（12分）某新能源汽車采用碳化硅（SiC）功率器件，其封裝基板使用氮化鋁陶瓷。已知：基板尺寸：長10cm×寬5cm×厚0.3cm，熱導(dǎo)率k=200W/m·K；器件功耗P=50W，基板冷面溫度T?=30℃，熱流均勻分布。（1）建立熱傳導(dǎo)模型，推導(dǎo)基板熱面最高溫度T?的表達式；（2）計算當(dāng)基板厚度減小至0.2cm時，溫差ΔT=T?-T?的變化量（假設(shè)熱導(dǎo)率不變）。五、綜合題（20分）閱讀材料，回答問題：材料1：片式多層陶瓷電容器（MLCC）由陶瓷介質(zhì)層與內(nèi)電極交替堆疊而成，每層厚度可薄至1μm，層數(shù)達上千層。在5G手機中，單機MLCC用量超過1000顆，需滿足高溫（125℃）、高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性。材料2：微波介質(zhì)陶瓷在衛(wèi)星通信中用于制作介質(zhì)諧振器，要求在1-10GHz頻段內(nèi)ε?穩(wěn)定（溫度系數(shù)τf<±10ppm/℃），以保證諧振頻率精度。（1）從電磁學(xué)角度分析MLCC實現(xiàn)小型化的原理，并說明多層結(jié)構(gòu)如何提高電容值；（6分）（2）若某介質(zhì)諧振器的諧振頻率f=5GHz，ε?=36，計算其波長λ（真空中光速c=3×10?m/s）；（4分）（3）結(jié)合材料1、2，提出兩種提高陶瓷材料環(huán)境穩(wěn)定性的物理方法。（10分）參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)（簡要說明）一、單項選擇題1-5:BBBBA6-10:AACDA二、多項選擇題ABDABCABDABC三、實驗題15.（1）8.0×10??F，182；（2）B；（3）逆壓電效應(yīng)，超聲波傳感器四、計算題16.（1）M=μFr=0.001×1000×0.01m=0.01N·m；（2）Q=2πnM/60=0.0314J/s17.（1）T?=T?+Pd/(kS)；（2）ΔT減小量為16