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沪科版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第二十一章 能源、材料与社会
第三节 跨学科：材料的利用与开发
物理观念：能结合实例了解一些新材料的特点及其应用,了解半导体、超导体、纳米材料等的主要特点,知道材料对人类社会发展的促进作用,知道新材料的发展为科学技术发展提供了物质基础。
科学思维：通过根据材料的导电性,材料分为导体、半导体和绝缘体,体验根据物理性质对物质进行分类的思维。
科学探究: 梳理人类利用材料的历史和人类社会发展史,能体会材料技术的研发与应用对社会发展的影响。通过收集相关信息,初步了解超导材料、纳米材料等新材料的知识及其应用。
科学态度与责任：能感受到超导、纳米等新材料的神奇,能关注新材料研究的动向,能体会科技发展无止境,人类的探索将不断深入。能为我国在新材料研发方面的成就感到自豪。
重点：知道半导体、超导体、纳米材料等的主要特点及其应用。
难点：能关注新材料研究的动向,体会材料技术的研发与应用对社会发展的影响。
知识点1. 材料与社会
人类社会发展经历的材料时代
（1）旧石器时代和新石器时代
100 万年以前，原始人就学会利用不同性能的天然材料了，如把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具或用作生活用品。这是原始人智力发展中迈出的重要一步。随着制造技能的不断提高，人类经历了旧石器和新石器时代。
（2）青铜器时代
大约在 5000年前，人类学会了冶炼金属铜并用其来制造工具。后来通过在冶炼铜时加入少量的锡，获得了比纯铜更坚硬、密度更小、强度更高的青铜。青铜的利用提高了社会生产力，人类从此进入了青铜器时代。
（3）高性能钢铁时代
铁的利用为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史的又一个新纪元。以铁为主发展出的高性能钢铁材料，如今已经成为材料家族的主体。
时代 标志 意义
旧石器时代和 新石器时代 把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具或用作生活用品。 原始人智力发展中迈出的重要一步。
青铜器时代 冶炼青铜。 青铜的利用提高了社会生产力，人类进入了青铜器时代。
高性能 钢铁时代 以铁为主发展出的高性能钢铁材料成为材料家族的主体。 为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史的又一个新纪元。
2. 材料与社会的关系
材料的发展促进了社会的发展，也为科学技术的发展提供了物质基础。同时，材料的发展及大量使用也带来了许多资源和环境问题。
【例题1】社会的发展离不开能源、信息和材料，下列相关说法正确的是（　　）
A．图甲：石油是可再生能源 B．图乙：核电站利用核聚变发电
C．图丙：手机利用超声波传递信息 D．图丁：二极管具有单向导电性
【答案】D
【详解】A．短时间内不能从自然界得到补充的能源称为不可再生能源，煤、石油、天然气都是不可再生能源，故A错误；
B．核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故B错误；
C．手机是利用电磁波来传递信息的，超声波不能在真空中传播，故C错误；
D．二极管具有单向导电性，只有正向连入电路时，二极管才能发光，故D正确。
故选D。
（变式训练1）关于新材料的说法，正确的是（　　）
A．纳米材料只是缩小了物体的尺寸，在其他方面没有特殊的性能
B．利用超导体可制成发热效率更高的电热器
C．发光二极管的核心材料是由半导体制成的
D．冶炼合金是为了提高金属的密度、硬度及强度
（变式训练2）西安交通大学研究团队研制出一种新型陶瓷材料，弹性好、韧性好（不易断裂）、绝缘性好、隔热性好、耐高温．这种材料不宜用来制作（ ）
A．沙发垫 B．电工手套 C．消防服 D．炒菜锅
（变式训练3）航母的阻拦索在拦停高速运动的飞机时，要承受巨大冲力，绳索会伸长至原长的1.2倍以上，逐渐吸收舰载机降落时的巨大能量，最后恢复原状。另外，阻拦索要承受战时起火等极端情况，还要防止铁磁性颗粒吸附混入绳索内，发生磨损。关于制造阻拦索的材料应具备的物理属性，下列说法不正确的是（　　）
A．硬度大 B．弹性好 C．熔点高 D．磁性强
知识点2. 材料的导电性
1. 实验探究：不同材料的导电性有何不同
【提出问题】硬币、铅笔芯、橡皮、塑料尺等材料，它们的导电性能相同吗
【设计并进行实验】设计如图所示的电路，分别将硬币、铅笔芯、橡皮、塑料尺接入电路A、B之间，观察灯泡是否发光。
【实验现象及分析】
观察到当硬币和铅笔芯接入电路后灯泡发光，说明硬币和铅笔芯可以导电。当橡皮和塑料尺接入电路后灯泡不发光，说明橡皮和塑料尺不能导电。
【探究结论】不同材料的导电能力一般是不同的。
如图所示是常温下一些材料的导电性能和绝缘性能的排列顺序。从左到右，绝缘能力越来越强；从右到左，导电能力越来越强。
根据材料导电性能的不同可以把材料分为导体、半导体、绝缘体三类。
2. 导体、半导体和绝缘体
材料的导电性能是由材料内部电子的运动状况决定的。
（1）基本概念
①导体：容易导电的物体，内部有大量可自由移动的电荷。金、银、铜、铁等金属材料是导电性能较好的良导体，导体，通常被用来制成传导电流的导线。
②绝缘体：不容易导电的物体，内部几乎没有能自由移动的电荷。一般情况下，玻璃和橡胶等材料都是绝缘体，常用来隔离带电体。
③半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。自由电荷数量受光、温度、压强等因素的影响。 硅、锗、砷化镓等是常用到的半导体材料，由于其特殊性被广泛应用在现代电子科技产品中。
2. 半导体元件
半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。从常用的电器，如收音机、录音机、电视机、 电脑等中，都可以找到大量的半导体元件。
（1）二极管：外形及电路图中的符号如图所示。有两根引线，一根是正极，一根是负极。
（2）二极管具有单向导电性。
【实验材料】电源、灯泡、开关、导线、接线板、 接线柱、半导体二极管。
【设计并进行实验】
（3）发光二极管（LED）
发光二极管（简称为LED）在导电时发光，它的外形和普通二极管有所不同，在电路中的符号如图所示。
①一般发光二极管的正常工作电流约为10mA，但在3 mA左右时就能发光，而一般小灯泡、氖灯要几百毫安才能发光，这比使用小灯泡要省电，而且更灵敏。
②不同的发光二极管可以发出不同颜色的光，这主要与构成发光二极管的材料有关。有的城市街道上的红绿灯就是用发光二极管制作的。在大型平板上嵌入许许多多发光二极管可以制成大屏幕，用来显示图像和文字。
【例题2】（2026江西）我国科学家在研究和应用物质的物理属性上不断取得突破。下列新科技成果中，没有应用物质良好导电性的是（ ）
A．可用于新型消防服衣料中的纳米陶瓷
B．上海投运的35千伏公里级的超导电缆
C．“中国芯”芯片封装使用的“超级铜箔”
D．“复兴号”动车组牵引电机绕组中的铜芯
【答案】A
【解析】A．纳米陶瓷隔热、绝缘性能优异，导电性很差，利用它做消防服是依靠耐高温、隔热、不导电的特点，没有利用良好导电性，故A符合题意；
B．超导体电阻趋近于零，导电能力极强，利用极佳导电性输电，故B不符合题意；
C．铜是优良导体，芯片封装用铜箔依靠铜良好导电性能传输电信号，故C不符合题意；
D．铜导电性好，电机绕组依靠铜导电产生磁场驱动列车，利用导电性，故D不符合题意。故选A。
（变式训练1） 电热丝通常用镍铬合金或铁铬铝合金等材料制作，从导电性能看，电热丝属于（　　）
A. 绝缘体 B. 超导体 C. 半导体 D. 导体
（变式训练2）石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的物理属性，如能承受
极大的拉力，具有优良的导电性、导热性、透光性，硬度极大，熔点超过钢铁等。石墨烯不能用来
制成（　　）
A．用电器的绝缘外壳 B．手机触摸屏
C．输电导线 D．坚韧的防弹衣
（变式训练3）石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”.如图所示，利用石墨烯制成的只有一个碳原子厚度，约为0.335nm的二维碳膜，是目前最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料.该二维碳膜的厚度为____m，按照导电性能划分，它属于_____（选填“导体”或“绝缘体”）.
知识点3. 开发新材料
1. 超导材料
（1）超导现象。1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K（-268.8℃）时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。
（2）超导材料。 发生超导现象的材料叫超导材料。物质的电阻变为零时的温度叫做这种物质的超导转变温度或超导临界温度。不同物质的超导临界温度不同。
（3）超导材料的特性和应用前景
① 超导输电：超导材料处于超导状态时电阻为零，能够无损耗地传输电能，这意味着用细电线就可以输送极大的电流。
② 超导磁浮：用超导磁浮特性可实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的运行速度。
③ 超导发电机、电动机：用超导材料做导线制作发电机、电动机的线圈，线圈不会发热（选填“会”或“不会”），可以大大提高发电机和电动机的效率。
④超导计算机：将超导体应用于电子工业，在低温环境中可以大大减小这些电子元件的体积和能耗（因不必考虑散热问题，超导电子元件可以做得很小）。
2. 纳米材料
（1）概念：纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1～100nm范围内的材料，这大约相当于10～1000个原子紧密排列在一起的尺度。
（2） 特性：纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能，如它可以大大提高材料的强度和硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等。
（3）应用
①研制纳米尺度的微小机器；
②用纳米材料制作的导线能大大提高计算机的性能，缩小计算机芯片的体积；
③用纳米技术做成的所谓量子磁盘能増大存储容量。
【总结】新材料及应用
新材料名称 定义 特性 应用
纳米材料 材料的微粒的尺寸在纳米级范围，这类材料叫纳米材料。纳米是长度单位,1nm＝10-9m 当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化．如：黄金在正常情况下呈金黄色，而它的纳米颗粒却变成了黑色。 生物医药、新能源电池、环保领域、电子产品、食品包装、化妆品、光学计算材料等。
半导体材料
有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体，锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。 掺杂性、热敏性和光敏性 。 掺杂性使得半导体器件如二极管、三极管和晶闸管等得以广泛生产与应用。热敏性被广泛应用于制造温度敏感元件，如热敏电阻，这些元件在温度测量、控制以及补偿等方面发挥着关键作用。
形状记忆合金（主要成分是：镍和钛） 加热后能随意拉长和扭曲，冷却后形状不变；再次加热可恢复到原来形状。 当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，导致了外形的变化. 已用于管道结合和自动化控制方面；热机械和恒温自动控制；在医疗上的应用也很引人注目。
超导材料 一种电阻为零的材料。 (1)零电阻；(2)抗磁性；(3)同位素效应。 a.利用超导零电阻特性实现远距离大功率输电可无损耗输送强电流。 b.超导材料种类多，应用广泛。（如：超导磁悬浮列车）
隐性材料
能吸收电磁波、弹性好、耐拉压、硬度大. 能吸收电磁波、弹性好、耐拉压、硬度大. 飞机、坦克、舰艇和火箭弹上等。在民用领域，隐形材料还处于研发阶段，尚未实现商业化应用。
【例题3】阅读理解题
材料的力学性能与新材料
材料的力学性能，是指材料受力时的变形行为及其抵抗破坏的能力，通常包括弹性与塑性、脆性与韧性等．无论是何种材料，一般受力时都要发生形变．有的会发生弹性形变，有的会发生塑性形变．不同材料发生弹性形变、塑性形变的难易程度不同．有些材料当受力达到一定值时，会发生突然断裂，且无明显的塑性形变，这种性质叫做脆性．例如：轻轻一掰，饼干就会变成碎片．
随着科技的发展，人们发明了很多具有特殊性能的新材料．
复合材料是指由两种或两种以上不同物质组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围．复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类．金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等．由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、硬性优良等优点，已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域．
组成纳米材料的物质尺度在1纳米～100纳米之间,它的物理性质与大尺度时相比，会发生显著变化．纳米金属要比传统金属硬3～5倍，纳米陶瓷的强度、韧性和塑性比普通陶瓷要强很多，使陶瓷具有像金属那样的柔韧性和可加工性．
伴随复合材料、纳米材料等新型材料的发明与应用，人类将不断演进科技文明．
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）纳米陶瓷的塑性比普通陶瓷要___________（选填：“强”或“弱”）．
（2）复合材料具有重量轻、强度高…等优点，其中“重量轻”的实质是___________（选填：“重力”或“密度”）小．请你举出一种复合材料：_____________．
（3）“宁折不弯”出自《齐民要术·卷五·种榆白杨》中的“白杨性甚劲直，堪为屋材，折则折矣，终不曲挠”，比喻人有志气．从物理角度讲，指白杨具有很强的_________．
A．弹性 B．塑性 C．脆性 D．韧性
【答案】 （1）强 （2） 密度 铝合金（铝钛合金、陶瓷复合材料等）（3） C
【解析】（1）根据短文内容知道，纳米陶瓷的强度、韧性和塑性比普通陶瓷要强很多；
（2）结合短文知道，复合材料具有重量轻是指单位体积该物质的质量小，即密度小；复合材料的基体材料常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，例如：铝合金、铝钛合金、陶瓷复合材料等；
（3）“宁折不弯” 是指当受力达到一定值时，会发生突然断裂，而不是发生塑性形变，即有很强的脆性．
（变式训练1）（2025山东威海）为应对低温环境，中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，如图所示。下列物品应用材料的性质与其不同的是（　　）
A. 羽绒服——鹅绒 B. 暖水瓶塞——软木
C. 铁锅——铁 D. 冰箱壁填充物——发泡棉
（变式训练2）新材料的研发和利用极大促进了现代科技的发展，也密切影响整个人类社会生活方式的变化，下面关于各种新材料的叙述中正确的说法是（ ）
A. 提到纳米材料，所指的“纳米”实际上是一种很小的微粒
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. 智能手机芯片等体积的微型化得益于一种纳米材料的研发
D. 计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料
（变式训练3）阅读理解题
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，却使两位科学家海姆和诺沃肖洛夫赢得2010年度诺贝尔物理学奖。这种全新材料名为“石墨烯”。
石墨烯不仅“最簿、最强”，作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。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。因此其应用前景十分广阔。
（1）这种新材料属于 （填“导体”或“绝缘体”）。
（2）石墨烯应用于超级计算机的研发，是因为 。
（3）石墨烯的应用领域十分广泛，请你从材料中找出两例 。
材料利用与开发问题误区
1. 材料分类误区：① 将“玻璃钢”归为金属材料（错误，玻璃钢是复合材料）；② 将“碳纤维”归为合成材料（错误，碳纤维是无机非金属材料）；
2. 导电性误区：认为“半导体是绝对不导电的”（错误，半导体导电性介于导体和绝缘体之间，在一定条件下可导电）；
3. 合成材料误区：认为“所有合成材料都是有害的”（错误，合成材料方便了生活，只是难以降解，需合理处理）；
4. 合金误区：认为“合金是纯净物”（错误，合金是由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的混合物）。
5. 新型材料应用误区：① 认为“超导材料可以在常温下广泛应用”（错误，大多数超导材料需要在极低温度下才能实现超导状态，常温超导尚未突破）；② 认为“纳米材料的尺度越大，性能越好”（错误，纳米材料的特性依赖于1-100纳米的尺度，超出该范围则失去特殊性能）；
6. 半导体应用误区：认为“半导体只能用于制作芯片”（错误，还可用于制作二极管、三极管、太阳能电池等）；
7. 复合材料应用误区：认为“复合材料的性能一定优于单一材料”（错误，复合材料的性能是针对特定需求设计的，在某些方面可能不如单一材料，如玻璃钢的硬度可能不如钢铁）。
导体、绝缘体、半导体区分方法
类别 定义 导电或 不导电原因 常见物体 应用
导体 容易导电的物体。 内部有大量可自由移动的电荷。 金属、酸碱盐溶液、石墨、大地。 制作传导电流的电线。
绝缘体 不容易导电的物体。 内部几乎没有能自由移动的电荷。 玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、油、空气。 隔离带电体。
半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。 自由电荷数量受光、温度、压强等因素的影响。 硅、锗、砷化镓 现代电子科技产品中。
1.下列物品主要从“硬度”这一物理属性考虑选材的是 （ ）
A . 锯铁条的钢锯条 B . 包装盒内的泡沫塑料
C. 扎头发的橡皮筋 D. 教室窗户上的玻璃
2. 西安交通大学研究团队研制出一种新型陶瓷材料，弹性好、韧性好（不易断裂）、绝缘性好、隔热性好、耐高温．这种材料不宜用来制作（ ）
A．沙发垫 B．电工手套 C．消防服 D．炒菜锅
3.如图所示，先后将不同材料接在电路的A、B两点间，闭合开关，能使小灯泡发光的是（ ）
A．干木条 B．铜丝 C．塑料棒 D．陶瓷棒
4.LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（　　）
A．半导体材料 B．金属材料 C．陶瓷材料 D．超导体材料
5. 石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的属性，包括极强的拉力，优良的导电性和导热性，硬度最大，熔点超过3000℃等，这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料。发现石墨烯的两位俄裔科学家因此获2010年诺贝尔物理学奖。根据石墨烯的特性，你认为石墨烯不能用来制成 ( )
A．高压输电线 B．坚韧的防弹衣 C．发光二极管 D．保温隔热材料
6. 我国年仅22岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然变为0，此现象中石墨烯是（ ）
A．绝缘体 B．导体 C．半导体 D．超导体
7. 如图所示，计算机中央处理器（CPU）可以将产生的热量迅速传导到与之紧密接触的散热片上。为达到散热目的，制作散热片的材料主要考虑的物理属性是（　　）
A．导热性 B．弹性 C．导电性 D．磁性
8. 新冠病毒疫情期间，全社会都在采取有力措施抗击疫情。医用口罩人人必备，下列关于医用口罩材料的说法正确的是（　）
A. 面料具有较强的过滤性
B. 面料具有较好的导电性
C. 鼻梁上的压条应选用可塑性差的材料
D. 鼻梁上的压条应选用密度大的材料
9. 如图所示正在发光的LED，具有 性。若电流由负极流入，LED （填“会”或“不会”）发光，LED所在电路 （填“有”或“没有”）电流。
10.可以用纳米材料制造进入人体内，吃掉病毒的机器人吗？
11.阅读短文，回答问题：
半导体的应用
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料．半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料．
发光二极管（LED）是半导体二极管的一种，具有单向导电性．当二极管两端外加正向电压时，如果正向电压很小，正向电流也几乎为零，当正向电压大于某个值以后，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升．当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流几乎为零，二极管处于截止状态．外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿．因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高．
（1）如图甲是一种常见的LED手电筒，发光元件由5个发光二极管并联组成，每个发光二极管的额定电流为30mA，它的能量是由可反复充电使用的电池提供，且LED灯发光的颜色会随电压的变化而变化，如表格所示．将一个LED与50Ω的定值电阻R串联，已知电源电压为 4.2V 保持不变，闭合开关S，毫安表（为读数更精确的电流表）的读数为20mA，此时LED灯发出　 　色的光．
两端的电压/V 2 2.4 3.2
LED 灯的颜色 红 黄 蓝
（2）如图乙所示为某发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线．
①图甲可知，当该二极管两端的正向电压为0.2V 时，二极管处于　 　（接通/截止）状态； 当该二极管两端的反向电压为 50V 时，二极管将　 　（会/不会）被击穿。
②该发光二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻　 　（大于/等于/小于）正向电压为0.7V时的电阻．
（3）某家用插座用一只“2V 100mA”发光二极管（与一定值电阻串联在电路中）作为指示灯．将该插座接在家庭电路中，指示灯正常发光，则在200s内电流通过该发光二极管所做的功　 　J．
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第二十一章 能源、材料与社会
第三节 跨学科：材料的利用与开发
物理观念：能结合实例了解一些新材料的特点及其应用,了解半导体、超导体、纳米材料等的主要特点,知道材料对人类社会发展的促进作用,知道新材料的发展为科学技术发展提供了物质基础。
科学思维：通过根据材料的导电性,材料分为导体、半导体和绝缘体,体验根据物理性质对物质进行分类的思维。
科学探究: 梳理人类利用材料的历史和人类社会发展史,能体会材料技术的研发与应用对社会发展的影响。通过收集相关信息,初步了解超导材料、纳米材料等新材料的知识及其应用。
科学态度与责任：能感受到超导、纳米等新材料的神奇,能关注新材料研究的动向,能体会科技发展无止境,人类的探索将不断深入。能为我国在新材料研发方面的成就感到自豪。
重点：知道半导体、超导体、纳米材料等的主要特点及其应用。
难点：能关注新材料研究的动向,体会材料技术的研发与应用对社会发展的影响。
知识点1. 材料与社会
人类社会发展经历的材料时代
（1）旧石器时代和新石器时代
100 万年以前，原始人就学会利用不同性能的天然材料了，如把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具或用作生活用品。这是原始人智力发展中迈出的重要一步。随着制造技能的不断提高，人类经历了旧石器和新石器时代。
（2）青铜器时代
大约在 5000年前，人类学会了冶炼金属铜并用其来制造工具。后来通过在冶炼铜时加入少量的锡，获得了比纯铜更坚硬、密度更小、强度更高的青铜。青铜的利用提高了社会生产力，人类从此进入了青铜器时代。
（3）高性能钢铁时代
铁的利用为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史的又一个新纪元。以铁为主发展出的高性能钢铁材料，如今已经成为材料家族的主体。
时代 标志 意义
旧石器时代和 新石器时代 把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具或用作生活用品。 原始人智力发展中迈出的重要一步。
青铜器时代 冶炼青铜。 青铜的利用提高了社会生产力，人类进入了青铜器时代。
高性能 钢铁时代 以铁为主发展出的高性能钢铁材料成为材料家族的主体。 为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史的又一个新纪元。
2. 材料与社会的关系
材料的发展促进了社会的发展，也为科学技术的发展提供了物质基础。同时，材料的发展及大量使用也带来了许多资源和环境问题。
【例题1】社会的发展离不开能源、信息和材料，下列相关说法正确的是（　　）
A．图甲：石油是可再生能源 B．图乙：核电站利用核聚变发电
C．图丙：手机利用超声波传递信息 D．图丁：二极管具有单向导电性
【答案】D
【详解】A．短时间内不能从自然界得到补充的能源称为不可再生能源，煤、石油、天然气都是不可再生能源，故A错误；
B．核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故B错误；
C．手机是利用电磁波来传递信息的，超声波不能在真空中传播，故C错误；
D．二极管具有单向导电性，只有正向连入电路时，二极管才能发光，故D正确。
故选D。
（变式训练1）关于新材料的说法，正确的是（　　）
A．纳米材料只是缩小了物体的尺寸，在其他方面没有特殊的性能
B．利用超导体可制成发热效率更高的电热器
C．发光二极管的核心材料是由半导体制成的
D．冶炼合金是为了提高金属的密度、硬度及强度
【答案】C
【解析】A．纳米材料能缩小物体的尺寸，在其他方面也有特殊的性能，故A错误；
B．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，所以超导体不能应用在电热器上，故B错误；
C．常用的发光二极管是由半导体材料制成的，故C正确；
D．合金可以提高金属的密度、硬度及强度，也可以降低金属的密度、硬度和强度，不同的合金有不同的用途，故D错误。
（变式训练2）西安交通大学研究团队研制出一种新型陶瓷材料，弹性好、韧性好（不易断裂）、绝缘性好、隔热性好、耐高温．这种材料不宜用来制作（ ）
A．沙发垫 B．电工手套 C．消防服 D．炒菜锅
【答案】D
【解析】A．新型陶瓷材料弹性好、韧性好（不易断裂），可用来做沙发垫，故A不符题意；
B．新型陶瓷材料弹性好、韧性好、绝缘性好，可以用来做电工手套，故B不符合题意；
C．新型陶瓷材料弹性好、韧性好（不易断裂）、隔热性好、耐高温，可以用来做消防服，故C不符合题意；
D．新型陶瓷材料隔热性好，不易用来做炒菜锅，故D符合题意。
故选D。
（变式训练3）航母的阻拦索在拦停高速运动的飞机时，要承受巨大冲力，绳索会伸长至原长的1.2倍以上，逐渐吸收舰载机降落时的巨大能量，最后恢复原状。另外，阻拦索要承受战时起火等极端情况，还要防止铁磁性颗粒吸附混入绳索内，发生磨损。关于制造阻拦索的材料应具备的物理属性，下列说法不正确的是（　　）
A．硬度大 B．弹性好 C．熔点高 D．磁性强
【答案】D
【解析】航母的阻拦索在拦停高速运动的飞机时，要承受巨大冲力，阻拦索的材料应具备的物理属性要硬度大；逐渐吸收舰载机降落时的巨大能量，最后恢复原状，阻拦索的材料应具备的物理属性要弹性好；阻拦索要承受战时起火等极端情况，还要防止铁磁性颗粒吸附混入绳索内，发生磨损，阻拦索的材料应具备的物理属性熔点高，故ABC正确，不符合题意，D错误，符合题意。故选D。
知识点2. 材料的导电性
1. 实验探究：不同材料的导电性有何不同
【提出问题】硬币、铅笔芯、橡皮、塑料尺等材料，它们的导电性能相同吗
【设计并进行实验】设计如图所示的电路，分别将硬币、铅笔芯、橡皮、塑料尺接入电路A、B之间，观察灯泡是否发光。
【实验现象及分析】
观察到当硬币和铅笔芯接入电路后灯泡发光，说明硬币和铅笔芯可以导电。当橡皮和塑料尺接入电路后灯泡不发光，说明橡皮和塑料尺不能导电。
【探究结论】不同材料的导电能力一般是不同的。
如图所示是常温下一些材料的导电性能和绝缘性能的排列顺序。从左到右，绝缘能力越来越强；从右到左，导电能力越来越强。
根据材料导电性能的不同可以把材料分为导体、半导体、绝缘体三类。
2. 导体、半导体和绝缘体
材料的导电性能是由材料内部电子的运动状况决定的。
（1）基本概念
①导体：容易导电的物体，内部有大量可自由移动的电荷。金、银、铜、铁等金属材料是导电性能较好的良导体，导体，通常被用来制成传导电流的导线。
②绝缘体：不容易导电的物体，内部几乎没有能自由移动的电荷。一般情况下，玻璃和橡胶等材料都是绝缘体，常用来隔离带电体。
③半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。自由电荷数量受光、温度、压强等因素的影响。 硅、锗、砷化镓等是常用到的半导体材料，由于其特殊性被广泛应用在现代电子科技产品中。
2. 半导体元件
半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。从常用的电器，如收音机、录音机、电视机、 电脑等中，都可以找到大量的半导体元件。
（1）二极管：外形及电路图中的符号如图所示。有两根引线，一根是正极，一根是负极。
（2）二极管具有单向导电性。
【实验材料】电源、灯泡、开关、导线、接线板、 接线柱、半导体二极管。
【设计并进行实验】
（3）发光二极管（LED）
发光二极管（简称为LED）在导电时发光，它的外形和普通二极管有所不同，在电路中的符号如图所示。
①一般发光二极管的正常工作电流约为10mA，但在3 mA左右时就能发光，而一般小灯泡、氖灯要几百毫安才能发光，这比使用小灯泡要省电，而且更灵敏。
②不同的发光二极管可以发出不同颜色的光，这主要与构成发光二极管的材料有关。有的城市街道上的红绿灯就是用发光二极管制作的。在大型平板上嵌入许许多多发光二极管可以制成大屏幕，用来显示图像和文字。
【例题2】（2026江西）我国科学家在研究和应用物质的物理属性上不断取得突破。下列新科技成果中，没有应用物质良好导电性的是（ ）
A．可用于新型消防服衣料中的纳米陶瓷
B．上海投运的35千伏公里级的超导电缆
C．“中国芯”芯片封装使用的“超级铜箔”
D．“复兴号”动车组牵引电机绕组中的铜芯
【答案】A
【解析】A．纳米陶瓷隔热、绝缘性能优异，导电性很差，利用它做消防服是依靠耐高温、隔热、不导电的特点，没有利用良好导电性，故A符合题意；
B．超导体电阻趋近于零，导电能力极强，利用极佳导电性输电，故B不符合题意；
C．铜是优良导体，芯片封装用铜箔依靠铜良好导电性能传输电信号，故C不符合题意；
D．铜导电性好，电机绕组依靠铜导电产生磁场驱动列车，利用导电性，故D不符合题意。故选A。
（变式训练1） 电热丝通常用镍铬合金或铁铬铝合金等材料制作，从导电性能看，电热丝属于（　　）
A. 绝缘体 B. 超导体 C. 半导体 D. 导体
【答案】D
【解析】容易导电的物体是导体，不容易导电的物体是绝缘体；超导现象是电阻为零的现象，超导体适合制作输电导线和电动机线圈等，而需要电热的地方不能用超导材料；导电性能介于导体和绝缘体之间，属于半导体材料，具有单向导电性；根据焦耳定律定义知道电流通过导体时的发热原因是由于导体存在电阻。电热器都是利用电流的热效应工作的，所以不能用超导体、绝缘体、半导体、作为电热丝，应该是导体，故D正确，ABC错误。故选D。
（变式训练2）石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的物理属性，如能承受
极大的拉力，具有优良的导电性、导热性、透光性，硬度极大，熔点超过钢铁等。石墨烯不能用来
制成（　　）
A．用电器的绝缘外壳 B．手机触摸屏
C．输电导线 D．坚韧的防弹衣
【答案】A
【解析】A．用电器绝缘外壳，要求不能导电，而石墨烯具有优良的导电性和导热性，故不适合做绝缘外壳，故A符合题意；
BC．手机触摸屏、输电导线都可以利用石墨烯优良的导电性，可以用石墨烯来制作，故BC不符合题意；
D．由于石墨烯能承受极大的拉力，因此可利用它制成坚韧的防弹衣，故D不符合题意。
故选A。
（变式训练3）石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”.如图所示，利用石墨烯制成的只有一个碳原子厚度，约为0.335nm的二维碳膜，是目前最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料.该二维碳膜的厚度为____m，按照导电性能划分，它属于_____（选填“导体”或“绝缘体”）.
【答案】3.35×10-10 （或0.335×10-9） 导体
【解析】第一空.1nm=10 9m, 0.335nm=0.335×10 9m=3.35×10 10m.
第二空.由题知，该二维碳膜是导电导热性能最强的一种新型纳米材料，因此属于导体.
知识点3. 开发新材料
1. 超导材料
（1）超导现象。1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K（-268.8℃）时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。
（2）超导材料。 发生超导现象的材料叫超导材料。物质的电阻变为零时的温度叫做这种物质的超导转变温度或超导临界温度。不同物质的超导临界温度不同。
（3）超导材料的特性和应用前景
① 超导输电：超导材料处于超导状态时电阻为零，能够无损耗地传输电能，这意味着用细电线就可以输送极大的电流。
② 超导磁浮：用超导磁浮特性可实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的运行速度。
③ 超导发电机、电动机：用超导材料做导线制作发电机、电动机的线圈，线圈不会发热（选填“会”或“不会”），可以大大提高发电机和电动机的效率。
④超导计算机：将超导体应用于电子工业，在低温环境中可以大大减小这些电子元件的体积和能耗（因不必考虑散热问题，超导电子元件可以做得很小）。
2. 纳米材料
（1）概念：纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1～100nm范围内的材料，这大约相当于10～1000个原子紧密排列在一起的尺度。
（2） 特性：纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能，如它可以大大提高材料的强度和硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等。
（3）应用
①研制纳米尺度的微小机器；
②用纳米材料制作的导线能大大提高计算机的性能，缩小计算机芯片的体积；
③用纳米技术做成的所谓量子磁盘能増大存储容量。
【总结】新材料及应用
新材料名称 定义 特性 应用
纳米材料 材料的微粒的尺寸在纳米级范围，这类材料叫纳米材料。纳米是长度单位,1nm＝10-9m 当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化．如：黄金在正常情况下呈金黄色，而它的纳米颗粒却变成了黑色。 生物医药、新能源电池、环保领域、电子产品、食品包装、化妆品、光学计算材料等。
半导体材料
有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体，锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。 掺杂性、热敏性和光敏性 。 掺杂性使得半导体器件如二极管、三极管和晶闸管等得以广泛生产与应用。热敏性被广泛应用于制造温度敏感元件，如热敏电阻，这些元件在温度测量、控制以及补偿等方面发挥着关键作用。
形状记忆合金（主要成分是：镍和钛） 加热后能随意拉长和扭曲，冷却后形状不变；再次加热可恢复到原来形状。 当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，导致了外形的变化. 已用于管道结合和自动化控制方面；热机械和恒温自动控制；在医疗上的应用也很引人注目。
超导材料 一种电阻为零的材料。 (1)零电阻；(2)抗磁性；(3)同位素效应。 a.利用超导零电阻特性实现远距离大功率输电可无损耗输送强电流。 b.超导材料种类多，应用广泛。（如：超导磁悬浮列车）
隐性材料
能吸收电磁波、弹性好、耐拉压、硬度大. 能吸收电磁波、弹性好、耐拉压、硬度大. 飞机、坦克、舰艇和火箭弹上等。在民用领域，隐形材料还处于研发阶段，尚未实现商业化应用。
【例题3】阅读理解题
材料的力学性能与新材料
材料的力学性能，是指材料受力时的变形行为及其抵抗破坏的能力，通常包括弹性与塑性、脆性与韧性等．无论是何种材料，一般受力时都要发生形变．有的会发生弹性形变，有的会发生塑性形变．不同材料发生弹性形变、塑性形变的难易程度不同．有些材料当受力达到一定值时，会发生突然断裂，且无明显的塑性形变，这种性质叫做脆性．例如：轻轻一掰，饼干就会变成碎片．
随着科技的发展，人们发明了很多具有特殊性能的新材料．
复合材料是指由两种或两种以上不同物质组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围．复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类．金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等．由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、硬性优良等优点，已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域．
组成纳米材料的物质尺度在1纳米～100纳米之间,它的物理性质与大尺度时相比，会发生显著变化．纳米金属要比传统金属硬3～5倍，纳米陶瓷的强度、韧性和塑性比普通陶瓷要强很多，使陶瓷具有像金属那样的柔韧性和可加工性．
伴随复合材料、纳米材料等新型材料的发明与应用，人类将不断演进科技文明．
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）纳米陶瓷的塑性比普通陶瓷要___________（选填：“强”或“弱”）．
（2）复合材料具有重量轻、强度高…等优点，其中“重量轻”的实质是___________（选填：“重力”或“密度”）小．请你举出一种复合材料：_____________．
（3）“宁折不弯”出自《齐民要术·卷五·种榆白杨》中的“白杨性甚劲直，堪为屋材，折则折矣，终不曲挠”，比喻人有志气．从物理角度讲，指白杨具有很强的_________．
A．弹性 B．塑性 C．脆性 D．韧性
【答案】 （1）强 （2） 密度 铝合金（铝钛合金、陶瓷复合材料等）（3） C
【解析】（1）根据短文内容知道，纳米陶瓷的强度、韧性和塑性比普通陶瓷要强很多；
（2）结合短文知道，复合材料具有重量轻是指单位体积该物质的质量小，即密度小；复合材料的基体材料常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，例如：铝合金、铝钛合金、陶瓷复合材料等；
（3）“宁折不弯” 是指当受力达到一定值时，会发生突然断裂，而不是发生塑性形变，即有很强的脆性．
（变式训练1）（2025山东威海）为应对低温环境，中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，如图所示。下列物品应用材料的性质与其不同的是（　　）
A. 羽绒服——鹅绒 B. 暖水瓶塞——软木
C. 铁锅——铁 D. 冰箱壁填充物——发泡棉
【答案】C
【解析】中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，说明聚苯乙烯泡沫导热性差。
A．羽绒服中的鹅绒是一种天然保温材料，它的导热性差，故A不符合题意；
B．暖水瓶塞通常用软木制成，软木也是一种保温材料，它的导热性差，故B不符合题意；
C．铁锅的材料是铁，铁是一种金属，它的导热性好，故C符合题意；
D．冰箱壁填充物通常采用发泡棉（如聚氨酯泡沫），是一种保温材料，用于阻止外界热量传入冰箱内部，它的导热性差，故D不符合题意。故选C。
（变式训练2）新材料的研发和利用极大促进了现代科技的发展，也密切影响整个人类社会生活方式的变化，下面关于各种新材料的叙述中正确的说法是（ ）
A. 提到纳米材料，所指的“纳米”实际上是一种很小的微粒
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. 智能手机芯片等体积的微型化得益于一种纳米材料的研发
D. 计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料
【答案】BCD
【解析】A.纳米材料，纳米科学技术是现代科学技术前沿，“纳米”是一个很小的长度单位，纳米科学的研究对象是原子等微观粒子，故A错误；
B.超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零，根据焦耳定律，电热是克服电阻做功产生的。在制造电子元件时，由于其电阻为零，所以不必考虑散热问题，故B正确；
C.智能手机芯片所占空间体积极小，空间尺度在纳米级，所以属于纳米材料，故C正确；
D.半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料，故D正确。
（变式训练3）阅读理解题
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，却使两位科学家海姆和诺沃肖洛夫赢得2010年度诺贝尔物理学奖。这种全新材料名为“石墨烯”。
石墨烯不仅“最簿、最强”，作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。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。因此其应用前景十分广阔。
（1）这种新材料属于 （填“导体”或“绝缘体”）。
（2）石墨烯应用于超级计算机的研发，是因为 。
（3）石墨烯的应用领域十分广泛，请你从材料中找出两例 。
【答案】（1）导体。（2）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管。（3）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。
【解析】本题是考查新材料的特点及其应用。通过阅读能认识到新材料的发展和应用正在改变着人们的生活方式，提高了我们的生活质量，促进了社会的进步和发展。能正确理解短文含义，在短文中就能找到正确答案。考查的目标属于知识领域中的“了解”水平。
材料利用与开发问题误区
1. 材料分类误区：① 将“玻璃钢”归为金属材料（错误，玻璃钢是复合材料）；② 将“碳纤维”归为合成材料（错误，碳纤维是无机非金属材料）；
2. 导电性误区：认为“半导体是绝对不导电的”（错误，半导体导电性介于导体和绝缘体之间，在一定条件下可导电）；
3. 合成材料误区：认为“所有合成材料都是有害的”（错误，合成材料方便了生活，只是难以降解，需合理处理）；
4. 合金误区：认为“合金是纯净物”（错误，合金是由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的混合物）。
5. 新型材料应用误区：① 认为“超导材料可以在常温下广泛应用”（错误，大多数超导材料需要在极低温度下才能实现超导状态，常温超导尚未突破）；② 认为“纳米材料的尺度越大，性能越好”（错误，纳米材料的特性依赖于1-100纳米的尺度，超出该范围则失去特殊性能）；
6. 半导体应用误区：认为“半导体只能用于制作芯片”（错误，还可用于制作二极管、三极管、太阳能电池等）；
7. 复合材料应用误区：认为“复合材料的性能一定优于单一材料”（错误，复合材料的性能是针对特定需求设计的，在某些方面可能不如单一材料，如玻璃钢的硬度可能不如钢铁）。
导体、绝缘体、半导体区分方法
类别 定义 导电或 不导电原因 常见物体 应用
导体 容易导电的物体。 内部有大量可自由移动的电荷。 金属、酸碱盐溶液、石墨、大地。 制作传导电流的电线。
绝缘体 不容易导电的物体。 内部几乎没有能自由移动的电荷。 玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、油、空气。 隔离带电体。
半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。 自由电荷数量受光、温度、压强等因素的影响。 硅、锗、砷化镓 现代电子科技产品中。
1.下列物品主要从“硬度”这一物理属性考虑选材的是 （ ）
A . 锯铁条的钢锯条 B . 包装盒内的泡沫塑料
C. 扎头发的橡皮筋 D. 教室窗户上的玻璃
【答案】A
【解析】A．锯铁条的钢锯条需要硬度较大，故A符合题意；
B．包装盒内的泡沫塑料比较软，可以减震，故B不符合题意；
C．扎头发的橡皮筋需要有弹性，故C不符合题意；
D．教室窗户上的玻璃需要透明，故D不符合题意。
2. 西安交通大学研究团队研制出一种新型陶瓷材料，弹性好、韧性好（不易断裂）、绝缘性好、隔热性好、耐高温．这种材料不宜用来制作（ ）
A．沙发垫 B．电工手套 C．消防服 D．炒菜锅
【答案】D
【解析】A．新型陶瓷材料弹性好、韧性好（不易断裂），可用来做沙发垫，故A不符题意；
B．新型陶瓷材料弹性好、韧性好、绝缘性好，可以用来做电工手套，故B不符合题意；
C．新型陶瓷材料弹性好、韧性好（不易断裂）、隔热性好、耐高温，可以用来做消防服，故C不符合题意；
D．新型陶瓷材料隔热性好，不易用来做炒菜锅，故D符合题意。
故选D。
3.如图所示，先后将不同材料接在电路的A、B两点间，闭合开关，能使小灯泡发光的是（ ）
A．干木条 B．铜丝 C．塑料棒 D．陶瓷棒
【答案】B
【解析】A. 干木条属于绝缘体，所以，不能使小灯泡发光，故A错误；
B. 铜丝是导电，能使小灯泡发光，故B正确；
C. 塑料袋不易导电，属于绝缘体，不能使小灯泡发光，故C错误；
D. 陶瓷棒不易导电，属于绝缘体，不能使小灯泡发光，故D错误．
4.LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（　　）
A．半导体材料 B．金属材料 C．陶瓷材料 D．超导体材料
【答案】A
【解析】LED灯的核心元件是发光二极管，发光二极管的主要材料是半导体材料。
5. 石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的属性，包括极强的拉力，优良的导电性和导热性，硬度最大，熔点超过3000℃等，这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料。发现石墨烯的两位俄裔科学家因此获2010年诺贝尔物理学奖。根据石墨烯的特性，你认为石墨烯不能用来制成 ( )
A．高压输电线 B．坚韧的防弹衣 C．发光二极管 D．保温隔热材料
【答案】D
【解析】由于石墨烯具有优良的导电性和导热性，所以可以利用石墨烯制成高压输电线；
石墨烯有极强的拉力，硬度最大，所以可以制成坚韧的防弹衣；
石墨烯这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料，因此可以用来制成发光二极管；
根据石墨烯优良的导热性，不能用来制成保温隔热材料。故D符合题意为答案。
6. 我国年仅22岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然变为0，此现象中石墨烯是（ ）
A．绝缘体 B．导体 C．半导体 D．超导体
【答案】D
【解析】超导现象是指电阻为零的现象，两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然变为0，这种现象叫做超导现象，故D正确．
7. 如图所示，计算机中央处理器（CPU）可以将产生的热量迅速传导到与之紧密接触的散热片上。为达到散热目的，制作散热片的材料主要考虑的物理属性是（　　）
A．导热性 B．弹性 C．导电性 D．磁性
【答案】A
【解析】散热片的主要作用是将CPU产生的热量迅速散发出去，以保证CPU在合适的温度范围内工作。导热性好的材料能够快速传导热量，使热量尽快从CPU传递到散热片表面，再散发到空气中。而弹性、导电性、磁性与散热片的散热功能无关，制作散热片无需主要考虑这些物理属性，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
8. 新冠病毒疫情期间，全社会都在采取有力措施抗击疫情。医用口罩人人必备，下列关于医用口罩材料的说法正确的是（　）
A. 面料具有较强的过滤性
B. 面料具有较好的导电性
C. 鼻梁上的压条应选用可塑性差的材料
D. 鼻梁上的压条应选用密度大的材料
【答案】A
【解析】AB．医用口罩对微小带病毒气溶胶或有害微尘的过滤效果显著，材料面料具有较强的过滤性，面料不需要导电，不需要面料具有较好的导电性，故A正确，B错误；
CD．鼻梁上的压条弯折后不易折断，应选用可塑性好的材料，鼻梁上的压条质量小一些，体积相同条件下，选用密度小的材料，故CD错误。
9. 如图所示正在发光的LED，具有 性。若电流由负极流入，LED （填“会”或“不会”）发光，LED所在电路 （填“有”或“没有”）电流。
【答案】单向导电 不会 没有
【解析】二极管是由半导体做成的器件，它具有单向导电性，即它只允许电流从正极流入，负极流出，此时二极管才发光，若电流由负极流入，二极管将无法发光，LED所在电路没有电流。
10.可以用纳米材料制造进入人体内，吃掉病毒的机器人吗？
【答案】见解析
【解析】可以用纳米材料制造进入人体内，吃掉病毒的机器人。 纳米材料制成的机器人体积很小，可以进入人体内，并且具有吃掉病毒的能力 。
纳米材料在医学领域有着广泛的应用。例如，纳米机器人可以用于药物传递、生物成像、催化剂等领域。它们可以到达人体内的特定目标，如病毒、细菌等，并进行有效的治疗或清除。
11.阅读短文，回答问题：
半导体的应用
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料．半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料．
发光二极管（LED）是半导体二极管的一种，具有单向导电性．当二极管两端外加正向电压时，如果正向电压很小，正向电流也几乎为零，当正向电压大于某个值以后，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升．当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流几乎为零，二极管处于截止状态．外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿．因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高．
（1）如图甲是一种常见的LED手电筒，发光元件由5个发光二极管并联组成，每个发光二极管的额定电流为30mA，它的能量是由可反复充电使用的电池提供，且LED灯发光的颜色会随电压的变化而变化，如表格所示．将一个LED与50Ω的定值电阻R串联，已知电源电压为 4.2V 保持不变，闭合开关S，毫安表（为读数更精确的电流表）的读数为20mA，此时LED灯发出　 　色的光．
两端的电压/V 2 2.4 3.2
LED 灯的颜色 红 黄 蓝
（2）如图乙所示为某发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线．
①图甲可知，当该二极管两端的正向电压为0.2V 时，二极管处于　 　（接通/截止）状态； 当该二极管两端的反向电压为 50V 时，二极管将　 　（会/不会）被击穿。
②该发光二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻　 　（大于/等于/小于）正向电压为0.7V时的电阻．
（3）某家用插座用一只“2V 100mA”发光二极管（与一定值电阻串联在电路中）作为指示灯．将该插座接在家庭电路中，指示灯正常发光，则在200s内电流通过该发光二极管所做的功　 　J．
【答案】（1）蓝（2）①截止；会。②大于（3）40
【解析】（1）一个LED与50Ω的定值电阻R串联，由I=UR可得，定值电阻R两端的电压：
UR=IR=20×10-3A×50Ω=1V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，LED灯两端的电压：
ULED=U-UR=4.2V-1V=3.2V，
由表格数据可知，此时LED灯发出蓝色的光．
（2）①二极管电流为0，截止状态。反向电压为 50V 时，二极管将会被击穿。
②二极管两端的正向电压由0.5V增大为0.7V时，电流随电压增大而迅速上升，电阻迅速减小。所以该发光二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻大于正向电压为0.7V时的电阻．
（3）在200s内电流通过该发光二极管所做的功W=UIt=2V×100mA×200s=40J．
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