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第一节 物质的导电性能
一、单选题
1．下列关于导体和绝缘体的说法中错误的是（　　）
A．容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体
B．金属能导电的原因是因为金属里面有自由的电子
C．绝缘体也能带电
D．绝缘体不能导电的原因是因为绝缘体内没有电子
2．下列物质全是导体的是（　　）
A．金属、人体、玻璃 B．人、干木棒、塑料
C．橡胶、铁棒、食盐水 D．金属、人体、食盐水
3．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
4．在通常情况下，下列组合全部属于绝缘体的是（　　）
A．金属、盐水、橡胶 B．毛皮、丝绸、干木棒
C．塑料棒、石灰水、大地 D．铁棒、橡皮、铅笔芯
5．下列物品中，通常情况下属于导体的是
A．玻璃杯 B．铁锅 C．陶瓷碗 D．塑料勺
6．科技发展日新月异，图为一种可以随意弯曲的OLED 柔性显示屏。这种显示屏比 LCD 轻薄、亮度高、功耗低、响应快、清晰度高、柔性好、发光效率高，能满足多种场合对显示技术的新需求。OLED 学名为有机发光二极管，制____作它的主要材料属于
A．绝缘体 B．半导体 C．导体 D．超导体
7．下列关于导体和绝缘体的说法中错误的是（　　）
A．容易导电的物体叫做导体，不容易导电的物体叫做绝缘体
B．金属能导电的原因是因为金属里面有大量自由电子
C．绝缘体在一定条件下可以转化为导体
D．绝缘体不容易导电的原因是因为绝缘体内没有电荷
8．下列各个物品中，通常情况下属于绝缘体的是（　　）
A．人体 B．铅笔芯 C．陶瓷杯 D．铜丝
9．将下列物体接入如图所示电路的、两点，可使小灯泡发光的是（　　）
A．玻璃片 B．塑料尺 C．橡皮筋 D．金属棒
10．下列有关材料的说法正确的是（　　）
A．绝缘体在任何情况下都不导电
B．超导材料可以用作远距离输电线，不可以用作灯丝
C．用来制作光纤的材料“玻璃纤维”通常属于导体
D．手机屏幕通常采用半导体材料制作，利用其良好的绝缘性能防止误触
二、多选题
11．关于导体和绝缘体，下列说法正确的是（　　）
A．一般情况下，铁、食盐水溶液、大地都是导体
B．一般情况下，玻璃、橡胶、石墨都是绝缘体
C．绝缘体在一定条件下可以变成导体
D．导体导电都是靠自由电子
12．如图所示，下面主要是从绝缘性能的角度考虑选材的是（　　）
A．导线的外皮
B．插线板的塑料外壳
C．炒锅的塑料手柄
D．银行IC卡芯片
13．小新同学在土豆上分别插入铜棒和锌棒，制成了“土豆电池”，将土豆电池与LED连接成如图所示的电路，当LED的长引脚与铜棒相连时，LED发光；当LED的短引脚与铜棒相连时，LED不发光。小新查阅了资料，得知LED（发光二极管）是一种电子元件，它的两根引脚中较长的为正极，较短的为负极。当电流由正极经过LED流向负极时，LED发光；反之，电流不能从负极流向正极，LED不会发光。下列说法正确的是（　　）
A．LED具有单向导电性
B．铜棒相当于电池的正极
C．LED相当于电路中的用电器
D．土豆电池供电时，将电能转化为化学能
14．关于导体和绝缘体的下列说法中，正确的是（　　）
A．导体能够导电是因为导体内有大量的自由电子存在
B．绝缘体不容易导电，是因为绝缘体内几乎没有自由电荷
C．导体在任何情况下都可以导电，绝缘体在任何情况下都不会导电
D．有些绝缘体在一定的条件下可能变成导体
三、填空题
15．如图所示，把两端接有金属接线柱的塑料管、电源、开关、小灯泡用导线组装成电路，闭合开关后，将适量浓度均匀的盐水从注水口慢慢倒入塑料管中时，发现注入的盐水越多，灯泡越亮，可以说明电阻越　 　 (选填“大”或“小”)，实验证明电阻大小和导体的　 　有关；保持注入的盐水量不变，只将电池增加到3节，闭合开关，观察到灯变亮，盐水电阻值　 　 (选填“变大”“不变”或“变小”).
16．建设适宜居住环境，我市很多居民小区里安装了LED草坪景观灯，修建了人工湖。制成LED草坪景观灯的主要材料是　 　（选填“导体”、“绝缘体”或“半导体”）。人工湖利用水的　 　大来减小昼夜温差。
17．物理课外实践活动中，小明在烧杯中加入盐水，将铜片和锌片浸入盐水中，制成一个“盐水电池”，将铜片和锌片分别与LED 两极相连，观察到LED发光，如图所示。则电池的正极为　 　(选填“铜片”或“锌片”)；盐水是　 　(选填“导体”或“绝缘体”)；若将发光二极管正负极对调，则二极管　 　(选填“发光”或“不发光”)，二极管两端　 　(选填“有”或“无”)电压。
四、复合题
18． 感应发光“冰块”外形如真实冰块一般，入水即亮，如图甲所示。它外部由无毒无害的食品级PS材料制作，内部由液体感应器、纽扣电池和LED灯泡组成。
（1）其中液体感应器为先进的触水式　 　（选填“电源”“用电器”“开关”或“导线”）。
（2）放入水中“冰块”，内部的电路处于　 　状态（选填“通路”“断路”或“短路”）。
（3）如图乙所示的电路中，同时闭合开关　 　，LED灯能发光。
19．请阅读《热敏电阻》并回答下列问题。
热敏电阻
导体的导电能力，除了与导体的材料、长度和横截面积有关之外，还与导体的温度等因素有关。传统金属材料的导电能力通常随温度的升高而减弱，而有些半导体材料在温度升高时导电能力会增强，有些半导体材料在温度升高时导电能力也会减弱。可以利用这样的半导体材料制作热敏电阻，从而将温度这一热学量转换为电阻这一电学量。热敏电阻包含两类：负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）。
NTC热敏电阻大多是以锰、钴、镍和铜等金属的氧化物为主要成分经过煅烧而制成的半导体元件，具有寿命长、灵敏度高等特性，NTC热敏电阻在温度越高时电阻值越小。
PTC热敏电阻是一种以钛酸钡为主要成分的高技术半导体功能陶瓷元件，它的电阻值能够在很小的温度范围内急剧增大，如图所示。虽然这一变化不是线性的，但是这些材料对于制造“过电流保护装置”来说非常有用。当电路正常工作时，PTC热敏电阻的温度与室温相近，电阻很小，而当电路因故障出现电流过大时，PTC热敏电阻迅速发热导致温度升高，当温度超过某一临界温度时，PTC热敏电阻阻值会瞬间急剧增大，于是电路中的电流迅速减小到安全值，达到保护电路的目的，同时因为电流减小，热敏电阻单位时间内产生的热量也随之减少，温度会迅速降下来。
（1）利用半导体材料制作热敏电阻，可以将温度这一热学量转换为　 　这一电学量，实现物理量的转换测量。
（2）对于一个NTC热敏电阻，当该热敏电阻的温度降低时，其电阻值将　 　。
（3）图中分别画出了NTC热敏电阻和由传统金属材料制成的电阻阻值与温度的关系，其中图线　 　（选填“1”或“2”）所代表的电阻是由传统金属材料制成的。
（4）PTC热敏电阻有个特别的特点：温度升高到某个值后，它的电阻会突然变得很大。下列哪个装置的工作，最可能用到了这个特点（　　）
A．调节台灯亮度的调光旋钮
B．电子钟里稳定电流的普通电阻
C．电热水壶里防止干烧的保护装置
D．体温计里感知体温的感温元件
20．如图甲所示，小明发现，放在同一杯热水中的金属勺摸起来比塑料勺烫，他认为这是由于两种物质的导热性能不同。为了比较不同物质的导热性能，小明设计了如图乙所示的实验装置，分别将长度和横截面积均相同的铜丝和铝丝的一端浸入烧杯内的沸水中，另一端浸入试管内50g初温为20℃的水中，每隔2min记录一次试管内水的温度，并根据所得的实验数据绘制出试管中水的温度—时间图像 (如图丙所示)。
（1）在此实验中，铜丝和铝丝的导热性能是通过____来表示的；(选填字母)
A．时间 B．温度
C．温度的变化量 D．单位时间内温度的变化量
（2）由图丙所示的图像可知：　 　(选填“铜”或“铝”)的导热性能更好。在用铜丝进行实验时，0~4min内，试管中水吸收的热量为　 　J；
（3）小明进一步猜想：导热体导热的快慢还可能与其长度和横截面积有关。于是他又找来几根不同规格的铜丝进行多次实验，每次都使试管中水的温度从20℃升高至相同温度，铜丝的规格和加热时间如下表。
实验序号 1 2 3 4 5 6
铜丝的横截面积 1 4 2 4 4 3
铜丝的长度L/m 1 1 1 0.5 2 3
加热时间t/ min 8 2 4 1 4 　
①对比第　 　(选填实验序号)次实验，可以探究导热体导热的快慢与其长度的关系；
②分析表中数据可知：材料相同时，导热体的长度越　 　，横截面积越　 　，导热体导热越快；
③由规律推测：第6次实验所需的加热时间t=　 　min；
（4）小明上网查找资料，了解到一些常见物质的导热性能，如下图所示。由图可知，实际生活中炒菜锅的手柄最适合用　 　制作。
21．根据材料，回答问题：
半导体
按导电性能来分，除了有导体和绝缘体外，还有一类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类物质叫作半导体。如锡、硅、磷化锌等都是半导体。
半导体的导电性能会受到温度、光照、压力和掺加杂质等多种因素的影响。一些半导体，在温度升高时，导电性能迅速增强。利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化；有些半导体，在没有光照时不容易导电，有光照时则有良好的导电性能。用它们做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中；有些半导体在受到压力后，其导电性能发生较大的变化，利用这种特性，可以做成体积很小的力敏元件，用来测量压力的变化。
从电子技术的发展对人类社会的影响来看，以半导体为代表的新材料的研制与开发起到了举足轻重的作用。1904年，人类发明了电子管，从而出现了无线电技术、电视机、电子计算机等。1947年，人类发明了半导体晶体管，导致了电子设备的小型化、轻量化、省能化以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长。1958年，集成电路的出现，使计算机及各种电子设备实现了一次飞跃（如图）。
半导体具有许多独特的性能。元素半导体是由相同元素组成的具有半导体特性的固体材料，容易受到微量杂质和外界条件的影响而发生变化。硅在半导体工业中运用的多，这主要受到二氧化硅的影响，能够在器件制作上形成掩膜，能够提高半导体器件的稳定性；无机合成物半导体由单一元素或多种元素构成半导体材料，用它制作的晶体管的速度比其他材料都高，主要运用到光电集成电路、抗核辐射器件中。对于导电率高的材料，主要用于LED等方面；有机合成物半导体具有成本低、溶解性好、材料轻加工容易的特点。它通过控制分子的方式来控制导电性能，主要用于有机薄膜、有机照明等方面；非晶态半导体主要通过改变原子相对位置，改变原有的周期性排列，形成非晶体。非晶态半导体在光吸收方面有很好的效果，主要运用到太阳能电池和液晶显示屏中；本征半导体不含杂质且无晶格缺陷的半导体，它的电阻率较大，实际应用不多。
新型半导体材料表现为其结构稳定，拥有卓越的电学特性，而且成本低廉，它可被广泛用于制造现代电子设备中，除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。
（1）一些半导体，在温度　 　时，导电性能迅速增强。利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化；
（2）智慧城市成为当前城市规划的热点。为了实现城市道路路灯的自动控制，需要用到一种智能开关，使其在天黑时能自动接通照明电路。这种智能开关用到了一种半导体材料，这种半导体材料的导电性受到　 　影响（选填“光照”或“压力”）；
（3）半导体具有许多独特的性能，请列举两个半导体应用的实例。
22．阅读《电容式触摸屏》并回答。
电容式触摸屏
现在，智能手机、平板电脑等数码移动设备，都使用触摸屏。触摸屏是通过传感器来感知物体在屏上的运动，目前触摸屏大多采用电容式触摸屏。电容通常就是由两片相距很近的导电极板组成。电容式触摸屏是一块多层复合玻璃，在夹层中涂有具有导电性且透明的薄膜材料。当手指触碰到触摸屏时，手指和导电薄膜就会形成一个电容，将人体上的电荷传递到触摸屏上。通过触摸屏周边分布的电极检测到的电荷分布的变化，触摸屏就可以计算触摸点的位置，进而感知手指在屏上的运动轨迹。
电容式触摸屏的一个缺点是如果用较厚的绝缘材料把手指与导电薄膜之间隔离，无法形成有效电容，就不能正常操作触摸屏了。它的另一个缺点是当较大面积的手掌或手持导体靠近电容屏而不触摸时，就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内，就能引起电容屏的误动作。电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。
（1）电容式触摸屏夹层中的薄膜材料是　 　（选填“导体”或“绝缘体”）。
（2）电容式触摸屏通过周边分布的电极检测到的　 　，触摸屏可感知手指在屏上的运动轨迹。
（3）如果戴上厚厚的绝缘材料做成的手套，则不能正常操作电容式触摸屏，原因是　 　。
（4）为了更方便地使用电容式触摸屏，人们发明了“触控笔”。用手握住“触控笔”，人们可以在触摸屏上流利地书写、操作。根据文中信息和你学习过的知识，请你写出制作“触控笔”的笔尖的材料应具备的特点是　 　。（写出一条即可）
23．请根据下述材料，回答下列问题。
可延展的“柔性电路”
柔性电路因其在可穿戴表皮电子与可植入生物医疗器件中的巨大潜在应用而受到广泛关注。柔性电路一般有两种实现方式：一是开发新材料，材料本身具有可弯曲、可延展的性能，使用其半导体性质作为器件核心材料，或者使用其导电性用作芯片互连。二是力学结构设计，可以将刚性的传统半导体材料，与具有延展性的导电材料互连，然后使用弹性体封装，实现系统级的可延展性。近年来，受人们广泛研究的柔性材料有：水凝胶、液态金属、高分子聚合物以及纳米材料。
某研究团队利用可延展的材料制作了柔性曲面电路结构。其中它的基本单元结构由钢材料制成，如图甲所示（“S”形）。经过一次自相似迭代后的平面电路结构如图乙所示，它由9个甲图中的结构和8个连接部分（带有黑色边框的白色矩形）组成。再经过一次自相似迭代后的平面电路结构如图丙所示，它由9个图乙中的结构和连接部分组成，以此类推。各级迭代中，“S”形基本单元的形状和大小不变，每段连接部分的形状和大小也不变，其横截面积与“S”形基本单元相同。
（1）“S”形基本单元各段导线的长度如图丁所示，其捋直后等效于一段横截面积为S的矩形、且材质均匀的长直导线，其长度为，写出其表达式　 　。若铜的密度为，则一个基本单元质量为，写出其表达式　 　；（两空均用已知字母表达）
（2）可设计柔性电路的材料有　 　；
（3）写出可延展的“柔性电路”的应用　 　。
24．请根据上述材料，回答下列问题：
半导体
物质存在形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等。通常把导电性差的材料，如陶瓷、橡胶、玻璃、人工晶体等称为绝缘体。把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体，如锗、硅、砷化镓等.
半导体导电性能会受温度、光照和掺加杂质等多种因素影响，特别是掺杂可改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据.一些半导体，在温度升高时，导电性能迅速增强.利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化.还有些半导体，在没有光照时不容易导电，有光照时则有良好的导电性能.用它们做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中.
从电子技术的发展对人类社会的影响来看，以半导体为代表的新材料的研制与开发起到了举足轻重的作用.半导体芯片通常也可称为集成电路，是指在半导体片材上进行浸蚀、布线、制成的能实现某种功能的半导体器件.不只是硅芯片，常见的还包括砷化镓、氮化镓、碳化硅等半导体材料.半导体制造的过程就是“点石成金”的过程，主要是对硅晶圆的一系列处理，简单来说就是通过外延生长、光刻、刻蚀、掺杂和抛光，在硅片上形成所需要的电路，将硅片变成芯片.半导体在电子技术中有广泛的应用.除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料.
（1）金属导体内有大量　 　（选填“原子”、“电荷”或“自由电子”），所以容易导电；
（2）把　 　称为半导体；
（3）光敏电阻利用了一些半导体　 　的特性，用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中；
（4）绝缘体　 　（选填“可以”、“不可以”）变成导体。
25．阅读短文，回答问题。
发光二极管
上世纪 80 年代，在日本名古屋大学工作的赤崎勇和天野浩选择氮化镓材料，向发光二极管这个世界难题发起挑战。1986 年，两人首次制成高质量的氮化镓首次研发成功蓝光 LED。从 1988 年起，当时在日亚化学公司工作的中村修二也开始研发蓝光二极管。与两位日本同行一样，他选择的也是氮化镓材料，但在技术路线上并不相同。上世纪 90年代初，中村修二也研制出了蓝色发光二极管。与名古屋大学团队相比，他发明的技术更简单，成本也更低。至此，将 LED 用于照明的最大技术障碍已被扫除，被誉为“人类历史上第四代照明”的 LED 登场。与白炽灯、荧光灯相比，LED 能耗更低，寿命更长而且可实现智能化操控，是节能环保的绿色照明，因此进入市场后，呈现爆发式增长，家庭、办公、道路等各种场所的照明以及绚烂的景观灯，这些市场主力军如今都是LED。
（1）发光二极管主要材料是　 　（选填“导体”或“半导体”或“绝缘体”），发光二极管具有　 　性；
（2）发光二极管在电路中属于　 　（选填“电源”或“用电器”），与白炽灯相比，LED灯能耗更低是因为电能转化为　 　能的效率更高；
（3）科学家发现某些物质在温度很低时，如铅在-265.0℃以下时，导体的电阻变为　 　，这是超导现象，在温度低于-265.0℃的环境中，铅的内能　 　（选填“是”或“不是”）为零。
26．阅读短文，回答问题。
柔性电池
科学技术日新月异，2023年我国在许多领域取得了重大科研成果，其中柔性电池位居“2023十大新兴技术”之首。
从可卷曲的计算机屏幕到“智能”服装，电子产品未来将越来越“灵活”，可穿戴设备、柔性电子和可弯曲显示屏的快速发展迫切需要能够与这些系统的灵活性相匹配的电源．标准的硬性电池可能很快会成为过去，因为薄型、柔性的电池（由可以轻松扭曲、弯曲或拉伸的轻质材料制成）已经进入市场。
目前有几种类型的柔性电池可供选择。这些电池可充电，包括放置在导电聚合物电能收集器上的锂离子或碳锌体系。在某些情况下，添加剂可以增强导电性和柔韧性，柔性电池的电极可以涂覆或甚至印刷在柔性基底上，包括石墨烯、碳纤维或织物等碳基材料。
柔性电池市场预计将在未来几年迅速扩张。一项研究预测，全球柔性电池市场在2022年至2027年间将增长2.4亿美元，在此期间的复合年增长率为22.79%。增长的主要驱动因素预计将是人们对可穿戴设备需求的增加以及电子产品微型化和柔性化的趋势。
（1）相比于传统的硬性电池，柔性电池的突出优点是　 　；
（2）柔性电池的电极可以涂覆或甚至印刷在柔性基底上，包括石墨烯、碳纤维或织物等碳基材料，这些材料最有可能属于　 　（选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）；给柔性电池充电时，柔性电池相当于简单电路中的　 　；
（3）根据短文内容，请你仿照示例设想一种未来采用柔性电池的电子产品。
示例：未来的手机就像卡纸一样，卷起来装在口袋里就行。
你的设想：　 　。
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】导体与绝缘体
2．【答案】D
【知识点】导体与绝缘体
3．【答案】B
【知识点】半导体特点及作用
4．【答案】B
【知识点】导体与绝缘体
5．【答案】B
【知识点】导体与绝缘体
6．【答案】B
【知识点】半导体特点及作用
7．【答案】D
【知识点】导体与绝缘体
8．【答案】C
【知识点】导体与绝缘体
9．【答案】D
【知识点】导体与绝缘体
10．【答案】B
【知识点】导体与绝缘体
11．【答案】A,C
【知识点】导体与绝缘体
12．【答案】A,B
【知识点】导体与绝缘体
13．【答案】A,B,C
【知识点】半导体特点及作用
14．【答案】A,B,D
【知识点】导体与绝缘体
15．【答案】小；横截面积；不变
【知识点】导体与绝缘体
16．【答案】半导体；比热容
【知识点】半导体特点及作用；水的比热容的特点及其应用
17．【答案】铜片；导体；不发光；有
【知识点】导体与绝缘体
18．【答案】（1）开关
（2）通路
（3）S1、S4
【知识点】半导体特点及作用
19．【答案】（1）电阻
（2）增大
（3）1
（4）C
【知识点】半导体特点及作用
20．【答案】（1）D
（2）铜；2.1×103
（3）2、4、5；短；大；8
（4）硬木
【知识点】导体与绝缘体；探究不同物质的吸热能力；探究影响导体电阻大小的因素
21．【答案】（1）升高
（2）光照
（3）利用温度敏感性制作热敏电阻，用于温度监测；利用光敏特性制作光敏电阻，应用于光照敏感的自动控制系统
【知识点】半导体特点及作用
22．【答案】（1）导体
（2）电荷分布的变化
（3）无法形成有效电容
（4）能导电
【知识点】导体与绝缘体
23．【答案】（1）；
（2）水凝胶、液态金属、高分子聚合物以及纳米材料
（3）可穿戴表皮电子与可植入生物医疗器件
【知识点】密度公式及其应用；半导体特点及作用
24．【答案】（1）自由电子
（2）导电性介于导体和绝缘体之间的材料
（3）对光照反应灵敏程度不同
（4）可以
【知识点】科学探索；导体与绝缘体；半导体特点及作用
25．【答案】（1）半导体；单向导电
（2）用电器；光
（3）零；不是
【知识点】半导体特点及作用
26．【答案】（1）可以轻松扭曲、弯曲或拉伸
（2）导体；用电器
（3）未来的电脑就像报纸一样能够卷起来
【知识点】导体与绝缘体；半导体特点及作用
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