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新材料及应用 一、单选题1.下列关于“新材料”的描述错误的是（） A.人类利用半导体材料的导电性，研制出二极管、三极管是电脑必不可少的器件B.纳米材料为人们制造更小的机械提供物质基础C.人们利用超导的磁悬浮现象研制“无摩擦”的磁悬浮列车D.人们根据超导零电阻的特点，用超导体制造电饭锅，提高电饭锅发热的效率2.我国科研人员研发了百米级第二代高温超导带材，使我国跻身该技术领域国际先进行列假如所有导体都成了常温下的超导体，那么当用电器通电时，下列说法正确的是（） A.白炽灯仍然能发光B.电风扇能转动起来C.电饭锅仍然能煮饭 D.电熨斗仍然能熨烫衣服3.今年四月，美国科学杂志发表“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的评述这表明，在新超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就假如人们已研制出常温下的超导体，则可以用它制作（ ） A.家用保险丝B.白炽灯泡的灯丝C.电炉的电阻丝D.远距离输电导线4.某些物质在温度很低时，电阻就变成了零，这就是超导现象，超导材料比较适合（） A.输电的导线B.做白炽灯的灯丝C.用做保险丝 D.电饭锅的发热盘5.自动照相机所用的感光元件是一种光敏电阻，它是由下列哪种材料制造的（ ） A.导体B.半导体C.绝缘体D.超导体6.下列家用电器的自动控制中，没有用到温度传感器的是（ ） A.电冰箱B.微波炉C.消毒柜D.电炒锅7.假如科学家已研制出室温下的超导材料，你认为它可作下列哪种用途（） A.电炉中的电阻丝B.白炽灯泡的灯丝C.保险丝D.远距离输电线8.LED灯带在装饰材料中被广泛应用小明同学在研究其内部结构时发现，灯带中的LED灯串联后经电源适配器接入照明电路，如图所示她取下一只LED灯接在电池两端，灯不亮，对调电池正负极后灯亮了，用手触摸几乎感觉不到发热以下推断符合上述事实的是（ ） A.一只LED正常工作的电压是220VB.LED灯具有单向导电性C.LED灯的发光效率高达100%D.灯带中一只LED灯断路后其它灯还亮二、多选题9.关于材料与技术的应用，下列说法中正确的是（） A.纳米材料制成的奶瓶具有抑制细菌生长的功能B.核潜艇是利用核裂变提供动力，核能属于可再生能源C.我们日常生活中使用的二极管是由导体制成的D.超导材料电阻为零，所以适合做输电线10.当温度降到很低时，某些金属导体如铝在271.76以下，铅在265.95以下时，电阻就变成了零，这种现象称为超导现象假如白炽灯的灯丝、电动车内线圈、电饭锅及电熨斗内部电热丝都用超导材料制作，当用电器通电时，假设这些导体的电阻都变为零，下列说法不正确的是（） A.白炽灯仍能发光且更省电B.电动机仍能转动且效率更高C.电饭锅仍能煮饭且效率更高D.电熨斗仍能熨烫衣服且更省电11.磁浮列车是一种新型的有轨高速客运交通工具如图所示，磁浮列车的两侧装有电磁铁，轨道的底部固定着通有电流的线圈列车上的电磁铁与轨道线圈产生的磁场发生相互作用使列车受到很大的向上的托力，列车就会浮在轨道上方关于上述磁浮列车，下列说法正确的是（ ）A.要保证列车运行的稳定性，需使列车与轨道之间的距离尽量保持不变，因此列车上电磁铁的极性和轨道上线圈中产生的磁场的极性都必须是恒定的B.线圈通常采用超导材料做成，这主要是利用超导材料的零电阻现象，可通过强大的电流而获得极强的磁场C.由于车体与轨道不接触，因此目前各国的磁浮列车在运行时，都不会因克服阻力做功而消耗能量D.把磁浮列车车身做成流线型的主要目的是，在列车高速运行时使空气对车体产生向上的升力三、填空题12.半导体二极管具有_性，即仅允许电流由_个方向通过元件 13.LED灯是一种高效的节能光源，其核心元件是发光二极管发光二极管的主要材料是_发光二极管具有_性 14.超导材料是一种电阻为_的材料；人们可以利用超导体的_特性实现远距离大功率输电以下用电器工作原理不能使用超导材料的有_（填序号）a电饭锅 b风扇 c电阻丝 d电烙铁 15.2015年12月26日，期待已久的成渝高铁正式开通，使重庆到成都的时间缩短为一个半小时成渝高铁采用国内技术最先进、乘坐最舒适、运营时速最快的CRH380D型高速动车组（如图所示），其设计为8编组4动4拖，采用铝合金鼓型车体，列车全长215.3米，功率10，000kW，运营最高速度380km/h，设计最高速度420km/hCRH380D型高速动车组车厢由6条隐藏式LED灯带提供照明；顶端设有镜瑶式信息显示屏，显示车厢号、停站信息和车速；座椅背面下方还有折叠式脚踏板及220V两孔、三孔交流电插座；专门设有一个供残疾人士使用的厕所，内设多个紧急求救按钮；感应热水水龙头；可感应烟雾的自动滑门；高速动车组在高速行驶中遭遇了巨大的横风，列车会敏锐地察觉，迅速自动降低车速，以保障安全请你根据描述和图片写出CRH380D高速动车在运行中涉及的有关热学和电学的物理现象以及对应的物理知识（不得与示例重复）示例：物理现象：动车高速运行；物理知识：将电能转化为机械能作答：物理现象：_；物理知识：_ 四、实验探究题16.小明在课外阅读到下面有关二极管的短文：电子线路中有一种常用的器材叫二极管，在电路图中的符号为 它在电路中的作用是：当电流从“+”极端流入时，二极管对电流的阻碍作用很小，此时二极管可视为一段导线；当电流从“”极端流入时，电流几乎不能通过它，即电流几乎为零，此时二极管可视为绝缘体小明通过实验探究，验证了它的性能请你根据二极管的性能解决相关问题（假设实验过程中二极管都完好无损） （1）在图1电路中，当闭合开关S后，观察到灯泡L1_（填“亮”或“不亮”）、灯泡L2_（填“亮”或“不亮”） （2）图2是小明设计的判断电源正负极的电路图，闭合开关S后，小灯泡发光，则A端是电源的_（选填“正极”或“负极”） 五、综合题17.石墨烯改变世界的神奇新材料一片碳，看似普通，百度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖这种全新材料名为“石墨烯”，石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超较型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石娜为原料因此，其应用前日景十分广阔 （1）石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，1nm=107cm=_m； （2）最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的 ； A.透光性好B.硬度大C.导热性好D.导电性强（3）石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为_ （4）通过阅读我们了解到石墨烯应用前景十分广阔，请举一例说明 18.（xx苏州）阅读短文，回答问题 石墨烯改变世界的神奇新材料 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖，这种全新材料名为“石墨烯” 石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的，利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料因此，此应用前景十分广阔 （1）最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的 （填选项前的字母）； A.透光性好B.硬度大C.导热性好D.导电性强（2）石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为_； （3）石墨烯是目前世上至今发现的最薄、最坚硬的纳米材料针对这一发现同学们提出了以下几个问题，你认为最有价值且可探究的问题是 （填选项前的字母） A.“石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系？”B.“如何提取石墨烯这种物质？”C.“石墨烯在生活中有什么用处？”D.“石墨烯为什么很薄？”六、解答题19.介于导体和绝缘体之间的称为半导体，利用半导体制成的特殊电阻能够随外界条件而自动改变电阻值，实现操作自动化，如压敏电阻，它可以把压力变化转变成电阻值的变化，引起电流的变化，人们测出电流后就知道压力变化；再比如由半导体材料制成的热敏电阻，随外界温度的微小变化而引起阻值的很大变化，还有由导体材料制成的光敏电阻，无光照时，就像绝缘体一样不容易导电，有光照时，又像导体那样导电根据半导体的这些特殊性质，你能否设计一种对我们有用的仪器呢？去试一试! 答案解析部分一、单选题1.【答案】D 【解析】【分析】解答本题应掌握：半导体材料的应用、纳米材料、超导体的应用。A、半导体在科学技术中有着广泛的应用，如二极管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等，故A描述正确；B、纳米材料大小约为10-9m，故可以用来制造更小的机械，故B描述正确；C、磁悬浮列车利用磁极间的相互作用可以实现无摩擦的运行，现在人类开始将超导体应用到磁悬浮列车上，故C描述正确；D、电饭锅利用了电流的热效应，而超导体没有电阻故不会发热，所以超导体不能用来制造电饭锅，故D描述错误；故选D【点评】本题考查新材料的特点及应用，属识记内容，应记清2.【答案】B 【解析】【解答】解：白炽灯、电饭锅、电熨斗都是利用电流热效应工作的，根据焦耳定律Q=I2Rt知，没有电阻就不能产生电热，所以用超导体材料制成的电热器不能工作故A、C、D不正确电风扇是利用通电导体在磁场中受到力的作用而工作的，将电能转化为机械能，所以用超导体材料制成的电风扇不但仍能工作，并且电能转化为机械能的效率更高故选B【分析】解答本题的关键是超导体是零电阻，所有利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作3.【答案】D 【解析】【解答】解：A、保险丝是利用电流的热效应，当电流过大时，自动熔断来保护电路的电阻为零无法将电能转化为内能，无法熔断，不符合题意B、灯丝必须在白炽状态下才能正常发光，电阻为零无法将电能转化为内能，无法放热，不符合题意C、电炉丝需要将电能转化为内能，电阻为零无法将电能转化为内能，不符合题意D、根据焦耳定律Q=I2Rt，可知，远距离输电，当电阻为零时，可使导线损耗为零，便可提高传输效率，符合题意故选D【分析】（1）超导体的电阻为零，不会放热，所以电能无法转化为内能（2）超导体的电阻为零，也就避免了内能的损耗，适合做输电线路4.【答案】A 【解析】【解答】解：A、用超导体做输电导线，可以减小由电能转化为内能的损耗，提高传输效率，故A符合题意；BD、白炽灯的灯丝、电饭锅上的发热盘需要将电能转化为内能，若电阻为0，无法将电能转化为内能，它们也就无法工作，故BD不符合题意；C、保险丝利用的是电流的热效应，当电流过大时，自动熔断来保护电路的电阻为0无法将电能转化为内能，无法熔断，故C不符合题意故选A【分析】超导体的电阻为零，电流流过超导体时不会产生热量，凡是利用电流热效应工作的设备，都不能使用超导体5.【答案】B 【解析】【解答】解：自动照相机的感光元件由光敏电阻制成，光敏电阻器是利用光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，其主要材料是半导体 故选：B【分析】物质根据导电性能分为：导体、半导体、绝缘体半导体分为：二极管、三极管、集成电路其中半导体可以根据各自特点做出许多电阻，例如热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻等等6.【答案】C 【解析】【解答】解：电冰箱、微波炉和电炒锅都利用了温度传感器，而消毒柜是利用紫外线、红外线或者臭氧来消毒的，没有应用温度传感器 故选C【分析】传感器是将非电学量转变成电学量，如力传感器是将力学量转变成电学量，而温度传感器则是通过温度的变化转变成电学量7.【答案】D 【解析】【分析】根据以下知识分析答题：（1)超导体的电阻为零，电流流过超导体时不会产生热，所以电能无法转化为内能（2)超导体的电阻为零，也就避免了内能的损耗，适合做输电导线【解答】A、电炉是根据电流的热效应而工作的，电炉丝需要将电能转化为内能，超导体电阻为零，无法将电能转化为内能，故超导体不能用来制作电炉中的电炉丝；B、白炽灯灯丝必须达到一定温度，才能正常发光，超导体电阻为零，电流流过超导体灯丝时不能产生热量，灯丝达不到白炽状态，不能发光，故不能用超导体制作白炽灯灯丝；C、保险丝是利用电流的热效应工作的，当电流过大时，自动熔断来保护电路的，超导体电阻为零，无法将电能转化为内能，无法熔断，因此不能用超导体制作保险丝；D、超导体电阻为零，电流流过超导体导线时，导线不会发热，电能没有损失，可提高传输效率，因此可以用超导体制作远距离输电线；故选D【点评】本题考查了超导体的特点及应用，体现了物理服务于社会的课标理念解答本题的关键是超导体是零电阻，所有利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作8.【答案】B 【解析】【解答】解：A、LED灯是串联后通过电源适配器接入照明电路的，所以一只LED灯的工作电压小于220V，故A错误； B、LED灯是半导体材料制成，具有单向导电性，故B正确；C、用手试摸，点亮的灯几乎不发热，说明LED灯主要是将电能转化为光能，但发光效率也达不到100%，故C错误；D、因为灯带中的LED灯是串联的，串联电路中各灯互相影响，所以灯带中一只LED灯断路后其它灯将不亮，故D错误故选B【分析】（1）照明电路的电压是220V，灯带中的LED灯是串联后接入电路的，所以一只LED灯的工作电压小于220V；（2）LED灯具有单向导电性；（3）LED灯主要是将电能转化为光能，但发光效率也达不到100%；（4）串联电路中各灯互相影响，只要一只灯泡断路，其它灯泡就无法工作二、多选题9.【答案】A,D 【解析】【解答】解：A、纳米材料制成的奶瓶具有抑制细菌生长的功能，故A正确；B、核潜艇是利用核裂变释放的核能来提供动力的，是不可再生资源，故B错误；C、人们日常生活中使用的二极管是由半导体制成的，故C错误；D、由于超导体的电阻为零，所以在用超导体进行远距离输电时不会消耗电能产生热量，减少了在输电过程中的能量损耗，大大节约了能源，故D正确故选AD【分析】（1）纳米技术在工业、农业、能源、环保、医疗、国家安全等各个方面都有广泛的应用，奶瓶在生产过程中特别添加纳米银抗菌剂，能有效抑制细菌滋生繁殖（2）核潜艇是利用核裂变释放的核能来提供动力的，不是可再生资源（3）二极管是由半导体做成的器件，它具有单向导电性（4）超导体的电阻为零，电流通过不会放热，所以电能无法转化为内能，也就避免了内能的损耗，适合做输电线路10.【答案】A,C,D 【解析】【解答】解：白炽灯灯丝、电饭锅、电熨斗都是利用电流的热效应工作的，如果导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，白炽灯不能发光，电饭锅不能煮饭，电熨斗不能熨衣服，故ACD说法错误但符合题意导体有电阻时，电动机工作，电能转化为机械能和内能，假设导体没有电阻，当电动机通电时，电动机不会产生电热，电能全部转化为机械能，效率更高更好故B说法正确但不符合题意；故选ACD【分析】假设导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，利用电流的热效应工作的家用电器将不能工作11.【答案】B,D 【解析】【解答】解：A、磁浮列车在运行过程中需要减速和加速，都是利用“同性磁极相斥，异性磁极相吸”的原理，使磁极发生改变A错误，不合题意；B、磁悬浮列车通常采用超导材料做成线圈，由于线圈中的电阻为零，因此可通过强大电流而获得极强的磁场B正确，符合题意；C、虽然磁悬浮列车的车体与轨道不接触，但行进时还存在空气阻力等，因克服阻力做功还要消耗能量C错误，不合题意；D、把磁浮列车车身做成流线型的主要目的是，在列车运行时可以减小空气的摩擦力，同时使空气对车体产生向上的升力D正确，符合题意故答案为：BD【分析】A、磁悬浮列车的原理：同性磁极相斥，异性磁极相吸；B、电压一定时，导体的电阻越小，通过导体的电流越大；C、磁悬浮列车在运行过程中需要消耗电能；D、磁浮列车车身做成流线型是为了减小空气的摩擦阻力 .三、填空题12.【答案】单向导电性；一 【解析】【解答】解：半导体二极管具有单向导电性，即仅允许电流由一个方向通过元件 故本题的答案为：单向导电性，一【分析】要解答本题需掌握：半导体二极管的单向导电性的特点13.【答案】半导体；单向导电 【解析】【解答】解：发光二极管具有单向导电性，主要材料是半导体 故答案为：半导体；单向导电【分析】新型材料在现代社会生活中占据着主要地位，现代社会正在构建节约型社会，新型材料能够为人类节约很多能源14.【答案】零；零电阻；acd 【解析】【解答】解：（1）导体按导电能力可分为导体、半导体、超导体，超导体就是电阻为零的材料（2）超导体的电阻为零，电流通过时不会有任何损失的性质，可实现远距离大功率输电（3）超导体的电阻为零，也就避免了内能的损耗，电能转化为机械能的比例增加，大大提高电风扇的效率，但是电饭锅、电阻丝和电烙铁的电阻为零时无法将电能转化为内能，无法放热正常工作，所以电饭锅、电阻丝和电烙铁不能使用超导材料故答案为：零；零电阻；acd【分析】超导是超导电性的简称，它是指金属、合金或其它材料在低温条件下电阻变为零，电流通过时不会有任何损失的性质15.【答案】LED灯带提供照明；LED灯由半导体材料制成，工作时将电能转化为光能 【解析】【解答】高速动车在运行中涉及的有关热学和电学的物理现象以及对应的物理知识有：物理现象：LED灯带提供照明；物理知识：LED灯由半导体材料制成，工作时将电能转化为光能；物理现象：220V两孔、三孔交流电插座；物理知识：插座之间是并联连接的；物理现象：感应热水水龙头；物理知识：热水器将电能转化为内能；【分析】根据材料中的介绍，LED灯是半导体，家庭电路中的用电器是并联连接.四、实验探究题16.【答案】（1）不亮；亮（2）正极 【解析】【解答】解：（1）由图知，电源正极在右边，而半导体二极管中“小三角”相当于正极、“竖线”相当于负极，当电流从“+”极端流入时，电路能形成通路当电流从“”极端流入时，电流不能通过L2所在支路中的二极管和电源正极方向相同，能通过电流，而L1所在支路中的二极管与电源方向相反，电流不能通过因此L2会亮，L1不亮（2）当二极管正正极方向在左端，因此电源左端是正极，即A是正极 故答案：（1）不亮；亮；（2）正极【分析】要解答此题需掌握半导体二极管的单向导电性和电路中电流的方向五、综合题17.【答案】（1）109（2）C（3）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管（4）超轻型飞机材料 【解析】【解答】解：（1）因为1cm=102m，所以1nm=107cm=109m；（2）石墨烯具有优良的导电性和导热性，故适合做交通信号灯和电动汽车中使用的半导体材料，C符合题意；（3）传统的计算机的核心材料是硅晶体管，而石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，所以石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发；（4）石墨烯的应用领域十分广泛，柔性电子产品、智能服装、超轻型飞机材料、防弹衣、太空电梯等故答案为：（1）109；（2）C；（3）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管；（4）超轻型飞机材料【分析】（1）长度单位间的换算关系是：1km=103m=104dm=105cm=106mm=109m=1012nm；（2）石墨烯的物理性质是拉力好、导电性和导热性好、硬度大、熔点高等，根据它的这些特性我们就能知道它的用途；（3）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管；（4）石墨烯应用比较广泛，材料中介绍的有：柔性电子产品、智能服装、超轻型飞机材料、防弹衣、太空电梯等18.【答案】（1）C（2）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管（3）A 【解析】【解答】解：（1）多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，说明石墨烯由很好的导热性（2）石墨烯应用于超级计算机的研发，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管（3）“石墨烯是一种神奇的物质，是人类至今发现的厚度最薄、强度最高的材料”石墨烯很薄，硬度很大，决定了它的作用很特殊，因此人们研究“石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系”，很用价值，所以A正确； 因石墨烯材料已经研究并教授获得xx年诺贝尔物理学奖；还知道石墨烯是人类发现的厚度最薄、强度最高的材料因此问题“如何提取石墨烯这种物质？”“石墨烯在生活中有什么用处？”的探究意义不大；所以选项B、C没有探究价值我们虽知道石墨烯是人类至今发现强度最高的材料，石墨烯本身很薄强度大，研究为什么薄是没有实际意义的，所以D没有研究价值故答案为：（1）C；（2）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管；（3）A【分析】（1）石墨烯制成的交替散热通道，说明石墨烯的导热性能好（2）认真读课文，得出结论石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发（3）在依据情景提出问题时，首先要找出情景所提出的问题是什么，然后要找出问题与生活中的应用之间的关系，提出较有价值的探究问题六、解答题19.【答案】答：（1）压敏电阻，它可以把压力变化转变成电阻值的变化，引起电流的变化，人们测出电流后就知道压力变化，根据这个特点可以制作电子秤；（2）热敏电阻，随外界温度的微小变化而引起阻值的很大变化，可以制作电子温度计；（3）光敏电阻，无光照时，就像绝缘体一样不容易导电，有光照时，又像导体那样导电，可以制作光自动控制门 【解析】【分析】（1）半导体是一种重要的材料，它在现代生活中有着广泛的应用，半导体的导电性能介于绝缘体和导体之间；（2）半导体有一些奇妙的特性：电阻率随着温度的增加而减小；微量的杂质对半导体的导电性能产生极大的影响（若在纯净的半导体中掺入百万分之一的杂质，半导体的导电能力可提高100万倍）；光照可以改变半导体的电阻
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