2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在玻璃工藝中的物理性能測(cè)試方法考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在玻璃工藝中，測(cè)定玻璃的差示掃描量熱法（DSC）主要用于獲取哪項(xiàng)信息？（）A.玻璃的折射率B.玻璃的密度C.玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱穩(wěn)定性D.玻璃的力學(xué)強(qiáng)度2.下列哪種物理性能測(cè)試方法主要用來表征材料抵抗局部變形、壓痕或劃痕的能力？（）A.熱膨脹系數(shù)測(cè)試B.楊氏模量測(cè)試C.硬度測(cè)試D.折射率測(cè)試3.對(duì)于需要精確控制光學(xué)透明度和顏色的玻璃產(chǎn)品，哪種光學(xué)性能測(cè)試是必不可少的？（）A.折射率測(cè)量B.霧度測(cè)量C.色散測(cè)量D.吸收光譜分析4.測(cè)定固體材料密度的常用方法是排水法或比重瓶法，該方法的基本原理是（）。A.材料的質(zhì)量與其體積之比B.材料的重量與其密度之比C.材料的體積與其質(zhì)量之比D.材料的密度與其溫度之比5.熱重分析法（TGA）在玻璃研究中的應(yīng)用主要在于（）。A.測(cè)定玻璃的折射率B.分析玻璃在程序升溫下的質(zhì)量變化，評(píng)估其熱穩(wěn)定性和脫水/脫揮情況C.測(cè)定玻璃的楊氏模量D.測(cè)定玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度6.在玻璃成型過程中，了解玻璃的熱膨脹系數(shù)對(duì)于防止什么問題至關(guān)重要？（）A.玻璃的折射率過高B.內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生和開裂C.玻璃的密度過大D.玻璃的耐磨性差7.以下哪種測(cè)試方法通常用于評(píng)估玻璃材料在靜態(tài)載荷下的抵抗斷裂能力？（）A.透光率測(cè)試B.硬度測(cè)試C.抗壓強(qiáng)度測(cè)試D.斷裂韌性測(cè)試8.X射線衍射（XRD）技術(shù)主要適用于分析哪種類型的材料結(jié)構(gòu)信息？（）A.玻璃的均勻性B.玻璃的化學(xué)成分C.玻璃的晶體相結(jié)構(gòu)或微晶析出情況D.玻璃的表面粗糙度9.當(dāng)需要評(píng)價(jià)玻璃在反復(fù)受力下的性能變化時(shí)，應(yīng)采用哪種力學(xué)性能測(cè)試？（）A.拉伸強(qiáng)度測(cè)試B.疲勞性能測(cè)試C.壓縮強(qiáng)度測(cè)試D.沖擊韌性測(cè)試10.選擇合適的物理性能測(cè)試方法時(shí)，首要考慮的因素通常是（）。A.測(cè)試儀器的價(jià)格高低B.測(cè)試操作人員的熟練程度C.待測(cè)玻璃的具體性能要求和工藝需求D.測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化程度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.玻璃的密度是指單位體積玻璃所具有的________。2.玻璃的折射率是衡量光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)發(fā)生________程度的物理量。3.衡量玻璃在受熱時(shí)體積隨溫度變化的快慢的物理量是________。4.玻璃的硬度通常指其抵抗________、劃傷或壓痕的能力。5.玻璃的楊氏模量是衡量其在彈性變形階段抵抗________能力的物理量。6.差示掃描量熱法（DSC）通過測(cè)量物質(zhì)在程序控溫下發(fā)生相變時(shí)的________變化來進(jìn)行分析。7.熱重分析法（TGA）主要用于研究材料在受熱過程中的________變化。8.X射線衍射（XRD）技術(shù)利用X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的________效應(yīng)來分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。9.為了準(zhǔn)確測(cè)量玻璃的折射率，常用的儀器是阿貝折射儀或________。10.選擇物理性能測(cè)試方法時(shí)，不僅要考慮方法的靈敏度，還要考慮其________和對(duì)樣品的破壞程度。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）2.力學(xué)性能3.光學(xué)性能4.熱膨脹系數(shù)5.X射線衍射（XRD）四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述差示掃描量熱法（DSC）測(cè)定玻璃玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的原理。2.簡(jiǎn)述選擇某種玻璃進(jìn)行硬度測(cè)試時(shí)，需要考慮哪些因素？3.解釋熱重分析法（TGA）中，玻璃樣品的失重率通常與什么因素有關(guān)？4.為什么在評(píng)估光學(xué)玻璃的質(zhì)量時(shí)，折射率和色散兩個(gè)光學(xué)性能參數(shù)都非常重要？五、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合具體應(yīng)用，深入分析和闡述下列問題）1.論述熱膨脹系數(shù)測(cè)試在玻璃制造工藝中的重要性，并舉例說明如何利用該測(cè)試結(jié)果優(yōu)化工藝參數(shù)。2.試分析不同類型的玻璃（如鈉鈣硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、石英玻璃）在力學(xué)性能測(cè)試方面可能存在的差異，并解釋這些差異可能源于哪些因素。3.結(jié)合實(shí)際玻璃產(chǎn)品（如建筑玻璃、汽車玻璃、光學(xué)透鏡），論述至少三種不同的物理性能測(cè)試方法是如何協(xié)同作用于玻璃的研發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)量控制過程中的。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.B6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.質(zhì)量2.折射3.熱膨脹系數(shù)4.機(jī)械刮擦5.彈性變形6.熱流7.質(zhì)量8.衍射9.比重計(jì)10.適用性三、名詞解釋1.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：玻璃從剛性、無定形狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂姓硰椥孕袨榈倪^冷液體的溫度區(qū)間，是玻璃轉(zhuǎn)變的宏觀標(biāo)志。2.力學(xué)性能：材料在承受外力作用時(shí)表現(xiàn)出的抵抗變形和斷裂的能力，如強(qiáng)度、硬度、彈性模量、韌性等。3.光學(xué)性能：材料對(duì)可見光或特定波長(zhǎng)電磁波表現(xiàn)出光學(xué)效應(yīng)的特性，如透明度、折射率、色散、吸收率、霧度等。4.熱膨脹系數(shù)：材料在溫度變化時(shí)，其長(zhǎng)度、體積或面積發(fā)生相對(duì)變化的程度，通常指線性熱膨脹系數(shù)或體脹系數(shù)。5.X射線衍射（XRD）：利用X射線與晶體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，分析材料的晶體結(jié)構(gòu)、物相組成和晶體缺陷等結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：DSC原理核心是測(cè)量物質(zhì)在程序控溫下相變時(shí)的熱量變化。玻璃在Tg附近從脆性變?yōu)檎硰椥?，分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，需要吸收熱量以克服內(nèi)摩擦，導(dǎo)致DSC曲線上出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰。通過測(cè)量該峰的位置，即可確定玻璃的Tg。2.解析思路：選擇硬度測(cè)試需考慮：①玻璃種類（不同玻璃硬度差異大）；②測(cè)試目的（是評(píng)價(jià)耐磨性、抗劃傷性還是抗壓痕能力，對(duì)應(yīng)不同硬度標(biāo)尺）；③所需精度和載荷條件（不同硬度測(cè)試方法施加的載荷不同）；④樣品尺寸和形狀是否適合測(cè)試；⑤測(cè)試環(huán)境要求（如溫濕度）。3.解析思路：TGA原理是測(cè)量樣品在程序升溫過程中的質(zhì)量變化。玻璃的失重通常源于物理吸附的水分、小分子揮發(fā)物（如堿金屬氧化物揮發(fā)出的鹵化物）或化學(xué)鍵的斷裂（如脫羥基、脫碳等）。失重率與樣品初始雜質(zhì)含量、升溫速率、溫度范圍以及玻璃本身的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。4.解析思路：折射率決定了光線在玻璃中的傳播速度和方向，直接影響透光率、顏色（色散導(dǎo)致色差）以及與其他光學(xué)元件的匹配性（如透鏡、棱鏡）。色散（阿貝數(shù)）表征光線色散的程度，影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量（如產(chǎn)生色差）。對(duì)于光學(xué)玻璃，高透光率、低吸收、精確且匹配的折射率和色散是獲得清晰、逼真成像的關(guān)鍵。五、論述題1.解析思路：重要性體現(xiàn)在：①熱匹配：玻璃與金屬（如模具）的熱膨脹系數(shù)差異會(huì)導(dǎo)致巨大的熱應(yīng)力，可能引起玻璃破裂或變形。通過測(cè)試并選擇熱膨脹系數(shù)匹配的材料或調(diào)整配方可優(yōu)化此問題。②應(yīng)力消除：玻璃成型后內(nèi)部存在應(yīng)力，不均勻的冷卻會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，測(cè)試熱膨脹系數(shù)有助于制定合理的退火工藝，消除內(nèi)應(yīng)力。③成分優(yōu)化：不同組分玻璃的熱膨脹系數(shù)不同，通過測(cè)試可調(diào)整成分以滿足特定熱學(xué)性能要求（如低膨脹玻璃用于精密儀器）。舉例：制造高溫玻璃熔爐的觀察窗時(shí)，必須選用與爐體材料熱膨脹系數(shù)相近的玻璃，否則冷卻不均會(huì)導(dǎo)致窗玻璃破裂。2.解析思路：差異來源及分析：①鈉鈣硅酸鹽玻璃（Na?O-CaO-SiO?）：含有較多的堿金屬氧化物，離子鍵相對(duì)較弱，通常硬度較低，韌性較好，但易風(fēng)化。②硼硅酸鹽玻璃（B?O?-SiO?）：引入三價(jià)硼，形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，硬度較高，耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性更好。③石英玻璃（SiO?）：純度高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，鍵能最高，是已知硬度最高、機(jī)械強(qiáng)度最好（抗壓、抗彎強(qiáng)度均高）、熱膨脹系數(shù)最小、耐高溫性能最優(yōu)異的玻璃。這些差異源于：玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體的種類與數(shù)量（SiO?vsB?O?vsSiO?純質(zhì)）、網(wǎng)絡(luò)修飾體的種類與濃度（Na?O,CaOvsB?O?幾乎無修飾體）、雜質(zhì)的種類與含量。3.解析思路：協(xié)同作用分析：①研發(fā)階段：通過折射率、透光率測(cè)試評(píng)價(jià)光學(xué)性能，通過密度、熱膨脹系數(shù)、力學(xué)性能測(cè)試評(píng)估材料基本屬性和工藝適應(yīng)性，通過TGA、DSC評(píng)估化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，通過XRD檢查是否存在不應(yīng)有的相析出。②生產(chǎn)過程：通過硬度、表面拋光后霧度/