2025年材料專業(yè)考研超導(dǎo)材料專項(xiàng)訓(xùn)練（附答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.能夠直接證明零電阻現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)是（）。A.超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)B.超導(dǎo)體完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）實(shí)驗(yàn)C.超導(dǎo)環(huán)中持續(xù)電流實(shí)驗(yàn)D.約瑟夫森結(jié)隧道效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2.根據(jù)BCS理論，低溫超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的核心原因是（）。A.超導(dǎo)體材料內(nèi)部存在大量的自由載流子B.低溫下材料晶格振動(dòng)頻率顯著降低C.低溫下電子-聲子-電子相互作用增強(qiáng)，形成庫(kù)珀對(duì)D.超導(dǎo)體表面存在缺陷，有利于電子成對(duì)3.下列哪種材料通常被認(rèn)為是第一代高溫超導(dǎo)線材的主要成分？（）A.高純度鉍（Bi）基氧化物陶瓷B.釔（Y）穩(wěn)定的氧化鋯（ZrO2）陶瓷C.鈮（Nb）或鈦（Ti）及其合金D.鐵基（Fe）層狀化合物4.邁斯納效應(yīng)的本質(zhì)是（）。A.超導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生極高的內(nèi)磁場(chǎng)B.超導(dǎo)體置于外磁場(chǎng)中時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C.超導(dǎo)體能夠屏蔽外部磁場(chǎng)，其內(nèi)部磁場(chǎng)為零D.超導(dǎo)態(tài)下材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于正常態(tài)5.對(duì)于同一種超導(dǎo)材料，其臨界磁場(chǎng)（Hc）與溫度（T）的關(guān)系大致是（）。A.Hc隨T升高而線性增大B.Hc隨T升高而線性減小C.Hc在臨界溫度Tc以下存在，且隨T升高而指數(shù)式減小，在Tc處降至零D.Hc在臨界溫度Tc以上存在，在Tc處突然消失6.約瑟夫森結(jié)表現(xiàn)出量子干涉效應(yīng)的根本原因是（）。A.結(jié)兩側(cè)超導(dǎo)體材質(zhì)不同B.超導(dǎo)電流可以無(wú)阻抗地通過(guò)結(jié)C.結(jié)兩側(cè)超導(dǎo)電子形成的庫(kù)珀對(duì)穿過(guò)結(jié)時(shí)發(fā)生量子相干效應(yīng)D.外加電壓通過(guò)結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)7.高溫超導(dǎo)銅氧化物材料的微觀結(jié)構(gòu)特征通常是（）。A.金剛石結(jié)構(gòu)B.密排六方結(jié)構(gòu)C.具有銅氧（Cu-O）成鍵特征、層狀結(jié)構(gòu)D.體心立方結(jié)構(gòu)8.超導(dǎo)磁懸浮列車能夠?qū)崿F(xiàn)懸浮的主要原理是（）。A.電磁感應(yīng)B.電流的磁效應(yīng)C.超導(dǎo)體的完全抗磁性排開(kāi)外部磁場(chǎng)D.介質(zhì)諧振9.在超導(dǎo)材料制備過(guò)程中，真空處理的主要目的是（）。A.提高材料的導(dǎo)電率B.去除材料中的氣相雜質(zhì)，防止其在高溫下?lián)]發(fā)或反應(yīng)C.促進(jìn)材料的晶粒長(zhǎng)大D.增強(qiáng)材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度10.目前，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)（如磁共振成像）所需的高場(chǎng)強(qiáng)超導(dǎo)磁體，通常采用（）。A.低溫液氦冷卻的高溫超導(dǎo)體B.低溫液氦冷卻的低溫超導(dǎo)體C.低溫液氮冷卻的高溫超導(dǎo)體D.低溫液氮冷卻的低溫超導(dǎo)體二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中橫線上。）1.當(dāng)溫度低于超導(dǎo)臨界溫度Tc時(shí)，超導(dǎo)體表現(xiàn)出零電阻和______兩個(gè)基本特性。2.BCS理論解釋了超導(dǎo)現(xiàn)象的關(guān)鍵在于電子通過(guò)______相互作用形成庫(kù)珀對(duì)。3.通常將臨界溫度Tc低于______K的超導(dǎo)體稱為低溫超導(dǎo)體，將Tc高于______K（不包括室溫）的超導(dǎo)體稱為高溫超導(dǎo)體（此界限隨時(shí)代可能變化）。4.完全抗磁性，又稱邁斯納效應(yīng)，是指______完全排斥在超導(dǎo)體內(nèi)部的磁通線。5.超導(dǎo)材料常用的制備方法包括熔融法、淬火法、化學(xué)沉淀法、______和薄膜制備技術(shù)等。6.約瑟夫森結(jié)由兩塊超導(dǎo)體之間夾著一層極薄的絕緣層構(gòu)成，其直流約瑟夫森效應(yīng)表現(xiàn)為不加電壓時(shí)也有直流電流通過(guò)，交流約瑟夫森效應(yīng)表現(xiàn)為結(jié)兩端存在超導(dǎo)電流振蕩，且存在______和______。7.高溫超導(dǎo)銅氧化物通常具有層狀結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電性主要來(lái)自于______層中的電子。8.超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，除了強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電流外，還包括______、______等。9.超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）利用超導(dǎo)環(huán)中約瑟夫森結(jié)的磁通量量子化特性，可用于______的精密測(cè)量。10.實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)是超導(dǎo)材料領(lǐng)域長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，它將可能徹底解決目前超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用中存在的______問(wèn)題。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述庫(kù)珀對(duì)形成的物理過(guò)程及其在超導(dǎo)態(tài)中的作用。2.為什么邁斯納效應(yīng)被認(rèn)為是超導(dǎo)態(tài)的一個(gè)基本特征，而僅僅零電阻現(xiàn)象則不能？3.簡(jiǎn)要說(shuō)明影響超導(dǎo)材料臨界溫度（Tc）的主要因素有哪些。4.簡(jiǎn)述超導(dǎo)材料在強(qiáng)電流應(yīng)用中（如超導(dǎo)電纜）相較于常規(guī)導(dǎo)體的主要優(yōu)勢(shì)。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請(qǐng)列出必要的公式、計(jì)算步驟和結(jié)果。）1.某種超導(dǎo)材料的臨界溫度Tc=90K，臨界磁場(chǎng)Hc(0)=8T。假設(shè)該材料遵循簡(jiǎn)并弱簡(jiǎn)并理論，其電子比熱容在超導(dǎo)態(tài)下的溫度依賴關(guān)系為γS(T)=γ?(1-T/Tc)?。請(qǐng)估算該材料在77K（液氮溫度）時(shí)的超導(dǎo)態(tài)電子比熱容（γ?為常數(shù)，結(jié)果用γ?表示）。2.一個(gè)理想的直流約瑟夫森結(jié)，其結(jié)電壓VJ與通過(guò)結(jié)的磁通量Φ通過(guò)結(jié)的磁通量Φ的關(guān)系為VJ=(2e/h)Φ。若測(cè)得結(jié)電壓為4μV，請(qǐng)計(jì)算此時(shí)穿過(guò)結(jié)的磁通量是多少（請(qǐng)說(shuō)明單位，并保留一位小數(shù)）。五、論述題（10分。請(qǐng)就以下問(wèn)題展開(kāi)論述。）結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)（特別是銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)）對(duì)凝聚態(tài)物理研究和超導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域各自產(chǎn)生了哪些重要的影響。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.C9.B10.B二、填空題1.完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）2.聲子3.9.2，100（或更高，如液氮溫區(qū)）4.外部磁場(chǎng)5.薄膜制備技術(shù)（或其他已學(xué)方法，如化學(xué)氣相沉積等）6.等差電壓階梯，零電壓周期7.銅氧8.微波器件，無(wú)損檢測(cè)9.磁場(chǎng)10.制冷（或低溫）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：庫(kù)珀對(duì)由兩個(gè)動(dòng)量相反、自旋相反的電子通過(guò)交換聲子（振動(dòng)能量）而束縛在一起形成的。在超導(dǎo)態(tài)，這些庫(kù)珀對(duì)能夠無(wú)阻抗地在晶格中移動(dòng)，從而表現(xiàn)出零電阻現(xiàn)象。2.解析思路：零電阻是超導(dǎo)態(tài)的重要特征，但正常金屬在低溫下電阻率也會(huì)降低。完全抗磁性則是超導(dǎo)態(tài)獨(dú)有的、可被直接觀測(cè)到的物理現(xiàn)象，它表明超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)為零，這是庫(kù)珀對(duì)整體運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而不僅僅是電子個(gè)體行為的變化。3.解析思路：影響Tc的因素眾多且復(fù)雜，主要包括材料化學(xué)成分（如摻雜、取代）、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、缺陷、壓力、磁場(chǎng)等。例如，適量的摻雜通常可以提高Tc（如釔鋇銅氧體系），而過(guò)大的缺陷或過(guò)細(xì)的晶粒則可能降低Tc。低溫下，壓力和磁場(chǎng)通常也會(huì)使Tc下降。4.解析思路：主要優(yōu)勢(shì)在于電阻極低，電流通過(guò)時(shí)不產(chǎn)生焦耳熱損耗，因此可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超常規(guī)導(dǎo)體的載流能力，導(dǎo)線可以做得更細(xì)；損耗更低，效率更高；無(wú)電感效應(yīng)，適合用于交直流切換場(chǎng)合。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)題意，超導(dǎo)態(tài)電子比熱容γS(T)=γ?(1-T/Tc)?。將T=77K和Tc=90K代入公式即可計(jì)算。結(jié)果：γS(77K)=γ?(1-77/90)?=γ?(1-7/9)?=γ?(2/9)?=γ?*16/6561≈2.44*10?3γ?(保留一位小數(shù))2.解析思路：根據(jù)公式VJ=(2e/h)Φ，需要計(jì)算磁通量Φ。將VJ=4μV=4*10??V代入，并使用約瑟夫森常數(shù)h/2e≈2.07*10??V·s代入計(jì)算。Φ=VJ*(h/2e)=(4*10??V)*(2.07*10??V·s)/(2*1.602*10?1?C)Φ≈4*10??*1.035*10?1?/3.204*10?1