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20.3材料的开发和利用
沪科版物理九年级考点练习
1.下列关于纳米材料的说法中，正确的是( ____ )
A.很小的材料就是纳米材料
B.纳米材料就是“纳米“物质做成的材料
C.纳米材料只是近几年才开始被人们利用的，不存在天然的纳米材料
D.纳米材料的基本单元很小
【解析】解：AB、纳米材料是指长度为纳米级的材料，只有材料到了纳米尺度时性能发生突变，故AB错误；
C、纳米材料只是近几年才开始被人们利用的，也存在制成的纳米材料；
D、“纳米”是一种度量单位，所以纳米材料的基本单元很小。
D
2.对物理概念和规律的理解，下列说法中正确的是( ____ )
A.超导体电阻为零，适合做电热丝
B.小灯泡发光越亮，它的额定功率就越大
C.一定质量的水凝固成冰的过程中，内能减小
D.物质的比热容越大，物体吸收或放出热量就越多
【解析】解：
A、电热丝是利用电流的热效应工作的，电流通过超导体时，因此超导体不适合做电热丝；
B、电路中发光越亮的电灯，故B错误；
C、一定质量的水凝固成冰，则内能一定减少；
C
D、由Q=cmΔt可知、物体的质量，所以物质的比热容越大，故D错误。
故选：C。
3.将半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能，如应用砷化铌纳米材料做电子元件( ____ )
A.___
电熨斗
B.___
电风扇
B
C.___
电饭煲
D.___
电热水壶
【解析】解：砷化铌纳米材料导电性能好，电阻非常小；电熨斗、电热水壶都是利用电流的热效应来工作的，
所以这些元件不能由砷化铌纳米材料制作，提高电能的利用率。
故选：B。
4.关于信息、材料和能源，下列说法正确的是( ____ )
A.超导材料可以应用于电饭锅的电热丝
B.卫星通信是依靠超声波传递信息的
C.核电站利用了核聚变技术，核能是可再生能源
D.空气中的电磁波频率越高波长越短
【解析】解：A、电饭锅是利用电流的热效应制成的，若用超导体来做，无法将电能转化为内能；
B、卫星通信是利用电磁波来实现的；
C、目前核电站利用的是核裂变释放的能量，属于不可再生能源；
D、根据C=λf知，电磁波的波长与频率成反比，波长越短。
D
5.下列说法中错误的是( ____ )
A.用半导体材料可以制作二极管及三极管
B.用超导材料制造的电子元件，可不必考虑元件的散热问题
C.材料和长度相同的两根导线，横截面积越大，电阻越大
D.生活中通常用铜或铝材做电线的线芯，这是因为它们的导电性能好
【解析】解：
A、二极管，故A正确；
B、超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零，由于没有电阻，故B正确；
C、材料和长度相同的两根导线，电阻越小；
C
D、因为铜和铝的导电性能好、铝做电线的线芯。
故选：C。
6.超市使用的条形码识别仪的光敏二极管主要材料( ____ )
A.导体
B.半导体
C.绝缘体
D.超导体
【解析】解：当光照发生变化时，由半导体材料做成的光敏电阻的阻值可发生变化；而其他材料都不具有此种性质。
故选：B。
B
7.如图所示，2023年3月由“中车长客”自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行，运行速度可达600km/h以上(-196℃)以上转变为超导态，超导电动磁浮依靠车载超导磁体与地面“8”字形悬浮线圈相互作用实现自悬浮。下列说法中错误的是( ____ )
A.超导材料的电阻为零
B.电流流经超导材料时不发生热损耗
C.车体的流线型及磁悬浮使得车体运行时不受阻力的作用
D.超导材料可以承载更大电流，从而产生超强磁场
C
【解析】解：A、超导材料的电阻为零；
B、根据焦耳定律知，电流流经超导材料时不发生热损耗；
C、车体的流线型及磁悬浮使得车体运行时受到的阻力作用更小；
D、电流流经超导材料时不发生热损耗，从而产生超强磁场。
故选：C。
8.“天问一号”火星探测器和火星车都使用了一种新型材料——纳米气凝胶，能在“极热”和“极寒”两种严酷环境下，保证工作平台正常工作，它的质量大约只有同体积水的质量的 ，极大地减小了火星车的负担水=1.0×103kg/m3)，下列说法正确的是( ____ )
A.纳米气凝胶具有耐高温的性能
B.纳米气凝胶适合做打桩用的重锤
C.纳米气凝胶密度约为15.15g/cm3
D.纳米气凝胶的质量小所以具有超轻特性
【解析】解：A、纳米气凝胶能在“极热”和“极寒”两种严酷环境下，故A正确；
A
BD、纳米气凝胶具有超轻特性，相同体积的纳米气凝胶和其他物质相比，不适合做打桩用的重锤、D不正确；
C、纳米气凝胶质量大约只有同体积水的质量的 ，故C不正确。
故选：A。
9.纳米技术广泛应用于材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空等领域。纳米是( ____ )
A.长度单位
B.速度单位
C.温度单位
D.质量单位
【解析】解：纳米”是长度单位之一，符号为nm,BCD错误。
故选：A。
A
10.某些金属在温度降到一定值时，其电阻会突然消失，这种现象称为超导现象。假设白炽灯的灯丝、电风扇的线圈、电水壶和电熨斗的电热丝都用超导材料制作( ____ )
A.__
白炽灯
B.__
电风扇
B
C.___
电水壶
D.____
电熨斗
【解析】解：ACD、白炽灯灯丝、电熨斗都是利用电流的热效应工作的，当用电器通电时，白炽灯不能发光，电熨斗不能熨衣服。
B、电风扇的核心元件是电动机，电动机工作，假设导体没有电阻，
电动机不会产生电热，效率更高更好。
故选：B。
11.下面的材料中，最新研发的材料是( ____ )
A.纳米材料
B.氢燃料电池
C.记忆合金
D.碳纤维材料
【解析】解：A、纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展、医疗器材、涂料等行业得到了广泛的应用，故A不符合题意。
B、20世纪60年代。目前的氢燃料电池也广泛应用于汽车，因技术局限和氢燃料价格的昂贵性，所以氢燃料电池不是最新研发的材料。
D
C、记忆合金由于具有许多优异的性能、机械电子、桥梁建筑，所以记忆合金不是最新研发的材料。
D、碳纤维材料一般指碳纤维，高性能及超高性能碳纤维已问世、扩大生产，所以碳纤维材料是最新研发的材料。
故选：D。
12.青少年科技创新材料中有一种发光二极管，电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光，发光二极管具有单向导电性，其符号为，当电流从“-”极流入时二极管不能发光，则发光二极管的内部结构可能是如图中的( ____ )
A.____
B.___
C
C.___
D.___
【解析】解：
因为二极管具有单向导电性，当电流从二极管的正接线柱流入，二极管将电路接通，二极管在电路中处于断开状态，电流从其P端流入时发红光，所以两二极管并联，负接线柱在Q端，负接线柱在P端。
故选：C。
13.电视机荧光屏上经常有许多灰尘，这主要是因为带电体具有 _______________ 的性质；它的集成电路的部分元件利用了 ________ (选填“半导体”或“超导体”)材料。
【解析】解：电视机荧光屏上带有静电，由于带电体具有吸引轻小物体的性质。
半导体是一种重要的电子设备材料，大规模应用在集成电路中。
故答案为：吸引轻小物体；半导体。
吸引轻小物体
半导体
14.按要求完成下列填空。
(1)如图甲所示的实验中，抽开玻璃板一段时间后可观察到两瓶都变为红棕色，这是 _____ 现象，该现象表明分子在 _______________________ 。
(2)如图乙所示，使玻璃板水平接触水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板。在玻璃板离开水面前，说明分子间存在 _____ 。
(3)如图丙所示， ________ 是检验物体是否带电的仪器，它的原理是 ____________________ 。
(4)如图丁是由一个小灯泡、一个LED、两节干电池、一个开关组成的电路，LED灯主要是用 ________ (选填“超导体”或“半导体”)材料制成的，闭合开关，小灯泡和LED发光 ____ 极。
扩散
不停地做无规则运动
引力
验电器
同种电荷电荷排斥
半导体
负
_______
【解析】解：(1)抽开玻璃板一段时间后可观察到的实验现象是两瓶都变为红棕色，该现象叫做扩散现象；
(2)在玻璃板离开水面前，弹簧测力计的读数将变大；
(3)使用验电器检验物体是否带电时，验电器的金属箔带同种电荷，
所以其原理是同种电荷相互排斥；
(4)闭合开关，小灯泡和LED发光，它具有单向导电性，说明电流从电源的左侧流出、灯泡后流入电源的右侧。
故答案为：(1)扩散；不停地做无规则运动；(3)验电器；(4)半导体；负。
15.如图展示的是不同材料在导电性能上的排序，从左至右，材料的导电性能依次 _____ (填“增强”或“减弱”)。图中的银、铜、铝属于 _____ (填“导体”“半导体”或“绝缘体”)。第五届中国国际进口博览会上展示了全球首个量产的3nm芯片，芯片主要利用 ________ (填“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料制作而成。_________
【解析】解：根据图中的导电性能可知，由左向右看，绝缘能力增强、铜、铝属于导体。
故答案为：减弱；导体。
减弱
导体
半导体
16.新材料在生活中早已得到广泛应用，其中石墨烯更是被称为“新材料之王”，具有优异的光学、电学、力学特性，有效提升保暖效果。可见，这种材料具有密度 _____ (选填“较大”或“较小”)的特点，它还有可能代替硅成为新的半导体材料，说明它还具有电阻 _____ (选填“较大”或“较小”)的特点。
【解析】解：利用石墨烯制作的智能温控加热羽绒服可帮助严寒环境下工作的人们抵御寒冷，有效提升保暖效果，这种材料具有密度较小的特点，说明它还具有电阻较大的特点。
故答案为：较小；较大。
较小
较大
17.常温超导体(电阻为0Ω)具有广阔的应用前景。电流通过超导体 ________ (选填“产生”或“不产生”)热量。从热效应的角度考虑，超导体 _____ (选填“适合”或“不适合”)作为导线的材料。
【解析】解：电流通过超导体不产生热量。从热效应的角度考虑。
故答案为：不产生；适合。
不产生
适合
18.有一种变光二极管，电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光___、___发光二极管具有单向导电性，当电流从“+”极流入时二极管能通电且发光，当电流从“-”极流入时二极管不能发光
【解析】解：因为二极管具有单向导电性，当电流从二极管的正接线柱流入，二极管将电路接通，二极管在电路中处于断开状态，电流从其P端流入时发红光，所以两二极管并联，负接线柱在Q端，负接线柱在P端，
_____
19.阅读短文，回答问题。1879年爱迪生对1600多种不同的耐热材料进行试验后，最终制成了碳丝灯泡，这就是传统意义上的白炽灯。使用白炽灯时，有90%的电能转化为内能，废弃的白炽灯还会对环境造成污染因此各国都制订了淘汰白炽灯的时间表，中国也在2017年停止销售白炽灯。
1939年“荧光灯”正式诞生，荧光灯发光时产生的热只是相同亮度的白炽灯的1/6。同时，荧光灯可以使光色近似日光色，“节能灯”达到同样光能输出的前提下，耗电量只有白炽灯用电量的20%
进入21世纪LED灯成为照明舞台上新的主角。LED光源属于固体冷光源，用环氧树脂封装，不存在灯丝发光易烧、光衰等缺点。研究数据表明，在相同照明效果下，使用白炽灯消耗的电能大约是节能灯的3倍，
LED灯寿命分别是荧光灯的10倍，白炽灯的30倍，LED光源光谱中没有红外线和紫外线，而且废弃物可回收，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
(1)白炽灯是把 _____ 转化为光能的用电器。LED灯和白炽灯相比较，它的优势是 _____ (写出一条即可)。
(2)白炽灯在使用一段时间后，钨丝会变细，实际功率 _____ (选填“变大”、“变小”或“不变”)，会导致发光变暗。
(3)由白炽灯到荧光灯再到LED灯，这些技术的改进主要目的是 __________ 。
电能
节能
变小
节能环保
【解析】解：(1)白炽灯是把电能转化为光能的用电器；
LED灯和白炽灯相比较，它的优势有：①节能、光衰等缺点，而且废弃物可回收，可以安全触摸；
(2)白炽灯用久了会发暗，其原因之一是钨丝先升华后凝华在灯泡内壁上；原因之二是灯丝变细，在电压不变时 可知灯泡的实际功率变小；
(3)根据文章内容可知，由白炽灯到荧光灯再到LED灯。
故答案为：(1)电能；节能；(3)节能环保。
20.将下面材料或元件与特性或用途对应连线
A．二极管 a.可以用来实现大功率远距离输电
B．三极管 b.可以研制能进入人体杀死致病细胞的“机器人”
C．自然硅晶体 c.可以用来放大电信号
D．超导体 d.导电性能介于导体和绝缘体之间
E．纳米材料 e.具有单向导电性。
【解析】解：二极管具有单向导电性，是由半导体材料制成的；
三极管可以将电信号放大，实现电信号的转化；
自然硅晶体属于半导体，其导电性能介于导体和绝缘体之间；
超导体为在一定温度下电阻为零的材料，
如果实现可以用来实现远距离输电；
纳米材料是一种在纳米技术条件下的材料，可以将科技产品微小化。
故对应连线如图所示：
___________
21.请在图中标出电源的正、负极，以便开关s闭合后，灯L发光。
____
【解析】解：分析电路结构，各个元件串联连接，电流从正极流入时，从负极流入时；
故电源的左端为正极，右端为负极
____
22.某同学用两节干电池、发光二极管、小灯泡串联成如下电路：
(1)闭合开关，二极管和小灯泡均 _____ ；断开开关，将二极管两极对调，二极管和小灯泡均 ________ ，二极管具有 _____________ 。
(2)根据二极管发光与否 _____ 判断电路中电流方向(选填“可以”“不可以”)，若二极管发光，则与它的正极相连的是电源的 _____ (选填“正极”“负极”)。
(3)在二极管和小灯泡均发光的状态下，把导线接在小灯泡两端，如图所示 _____ 发光，二极管 ____ 发光。此时小灯泡 _____ 被烧坏(选填“会”或“不会”)、小灯泡被 _____ 。
发光
不发光
单向导电性
可以
正极
不会
会
不会
短路
________
【解析】解：(1)如左图所示，闭合开关；断开开关，二极管和小灯泡均不发光；
(2)闭合开关后，若小灯泡亮；若小灯泡不亮；
(3)在二极管和小灯泡均发光的状态下，把导线接在小灯泡两端，小灯泡不发光。此时小灯泡被短路。
故答案为：(1)发光；不发光；(2)可以；(3)不会；会；短路。
23.小明通过查阅资料，进一步学习了水果电池和发光二极管(简称LED)相关知识。如图甲所示，制成的“水果电池”，与电压表连接在一起
_____
(1)小明查阅资料得到：发光二极管具有单向导电性，其电学符号与正负极的标记为_____，当电流从“+”极流入时二极管能通电且发光；当电流从“-”极流入时，二极管不能通电且不发光。所以可以利用发光二极管来判断电流的 _____ ；
(2)若把图甲中的电压表换为图乙中的二极管，要想二极管发光，金属片 ____ (选填“A”或“B”)要接二极管负极；
(3)小明用一个变光二极管进行实验并发现：电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光，则该变光二极管内部结构可能是丙图中的选项 ____ ；
(4)制作发光二极管的主要材料是 ____ (选填选项字母符号)；
A．绝缘体 B．导体 C．半导体 D．超导体
方向
B
C
C
(5)LED灯具有节能环保的特点。一只“220V 9W”的LED灯，与普通灯泡相比可节能85%，那么这只LED灯与一只 ____ W的白炽灯亮度相当。
【解析】解：(1)发光二极管具有单向导电性，所以可以利用发光二极管来判断电流的方向。
(2)图甲中的电压表的负接线柱接在B上，正接线柱接在A上，B接水果电池的负极，要想二极管发光。
(3)根据发光二极管的单向导电性和题目的要求，
60
则该变光二极管内部结构可能是丙图中的选项C，
(4)制作发光二极管的主要材料是半导体，故C正确，故选C。
(5))根据 计算白炽灯的功率为：P=60W。
故答案为：(1)方向；(2)B；(4)C。
24.探究半导体二极管的单向导电性
(1)实验器材：电源、灯泡、开关、导线、电阻、半导体二极管等。
(2)实验电路图：如图所示。
____________
(3)实验过程
①取一个电阻和一个半导体二极管，分别接成如图(a)(b)所示的电路，观察灯泡的发光情况。
②把电池的正、负极调换后接成图(c)(d)所示电路，闭合开关S后
(4)实验记录
电路图 (a) (b) (c) (d)
灯泡发光情况 发光 发光 发光 不发光
(5)实验结论：发光二极管具有 _____ 导电性。
(6)评估交流：电源电压不能太高，避免击穿二极管。
【解析】解：(5)根据上面的实验过程可知：当二极管两端加上正向电压时，二极管导通；当二极管两端加上反向电压时，电路中没有电流通过。
故答案为：(5)单向。
单向
25.纳米技术是21世纪的高科技项目，我国已造出直径为0.36nm的“碳纤维纳米管”，居世界领先地位。成年人头发的直径约0.072mm。则成年人头发丝的直径是这种“碳纤维纳米管”直径的多少倍？
【解析】解：0.072mm=0.072×102m=7.2×104nm；
则成年人头发丝的直径是这种“碳纤维纳米管”直径的位数为：n= =2×105。
答：成年人头发丝的直径是这种“碳纤维纳米管”直径的8×105倍。
26.阅读下面的短文：
材料与社会发展
我们周围的生活用品是由各种材料制成的：金属、陶瓷、玻璃、塑料等等。一般来说，不同的材料具有不同的物理性质。除密度不同外，材料的导电性、磁性、弹性、硬度、延展性等也往往各不相同。生活、生产中，设计出所需的物品。某一种新材料的问世，往往会引起人类社会的重大变革。
当今，问世的新材料及其特性有：
①铌钛：实用超导材料的代表。
②太阳能电池材料：多层复合太阳能电池，转换率可达40%。
③气凝胶：具有低密度、低热导率，隔热保温优异等特性。
④钕铁硼：高性能永磁材料。
⑤离子液体：在热稳定性、导电性等方面具有独特的优势。
……
仿照示例，对短文中提到的某种新材料的应用及优点，说出你的设想(示例除外)：
【示例】用铌钛材料制成导线 导线没有电阻，导电时不会发热。
(1) ______________________________________________________________________________________________________________________ 。
(2)
用太阳能电池材料制成太阳能汽车的太阳能电池板：太阳能电池板的光电转换效率高，减小太阳能汽车的体积
___________________________________________________________________________________ 。
【解析】解：(1)利用②中太阳能电池材料的光电转换效率高，可以制成太阳能汽车的太阳能电池板；
(2)利用③中气凝胶的密度低、低热导率，可以制成保温箱；
或利用④中钕铁硼的高性能永磁，可以制成高性能电动机的永磁体；
利用⑤中离子液体的优异导电性，可以制成电池的电解液；
故答案为：(1)用太阳能电池材料制成太阳能汽车的太阳能电池板：太阳能电池板的光电转换效率高，减小太阳能汽车的体积；
用气凝胶制成保温箱：保温箱的密度小质量小携带方便，隔热性好保温性能好
(2)用气凝胶制成保温箱：保温箱的密度小质量小携带方便，隔热性好保温性能好。
27.我国23岁的曹原，在麻省理工攻读博士期间，研究发现了常温超导石墨烯。他的发现将可能成为电学的一个新纪元。请说出常温超导材料可以用在哪些地方呢？
【解析】答：超导体电阻是零，所以超导体不会将电能转化成内能。利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作、做输送电力的线路是非常好的材料。

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