前沿物理学
材料物理学
观察含空位的三维晶格，再测量线性弹性响应，把微观结构与力学性质联系起来。改变应变和相对模量，检验比例关系 。
器材
- 可拖动或按方向键旋转的三维晶格画布
- 晶格常数与缺陷位置滑块
- 虚拟拉伸试验：应变 ε 与相对模量 E 滑块
- 应力–应变图及 σ≈Eε 读数
实验步骤
旋转晶格并改变晶格常数
拖动第1节画布旋转3×3×3晶格；用“晶格常数”滑块增大或减小节点间距，观察原子密度变化。读取滑块旁的数值。
向晶格中放入空位
将“缺陷位置”滑块在0–26之间移动以选择缺失节点；虚线圆标记空位。注意：一个空位即破坏晶格完美的平移对称性——这正是真实材料中缺陷散射电子或声子的根源。
测量线性弹性响应
在第2节中，固定“相对模量 E”滑块，将“应变 ε”调到多个数值，读取图下方的相对应力。验证直线上的点满足 ：将 ε 乘 E 并与 σ 读数比较。
改变模量并得出结论
保持 ε 不变，在两个 E 值之间切换，观察 σ–ε 直线的斜率与读数。得出结论：相同应变下，越硬的材料（E 越大）按 承受越大应力；该模型仅在线性弹性区成立，真实材料还受第1节所见的缺陷与微结构影响。
模拟
实验历史
1807年，托马斯·杨引入弹性模量，把线性区中的应力与应变联系起来，奠定了比例形式 的基础。19世纪中叶，奥古斯特·布拉维对三维14种晶格进行分类，用几何刻画晶体对称性。
1912年马克斯·冯·劳厄证明晶体可衍射X射线；威廉·亨利·布拉格与儿子威廉·劳伦斯·布拉格迅速把这一现象变成测量原子结构的工具，二人共获1915年诺贝尔物理学奖。此后材料物理学走向定量化：用衍射测定结构，用力学、热学和电学测试测响应，再用能带理论、晶格振动等微观模型把二者联系起来。