第二十章 能源、材料与社会
第三节 材料的开发和利用
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知识点一 材料的导电性
1. 高压输电网中的铁架与导线之间必须用绝缘材 料连接, 由于长期暴露在室外,要求这种材料的 性质相当稳定 . 下列最适合用作这种材料的是 ( )
A.铝合金 B.橡胶
C.干木材 D. 陶瓷
2.如 图所示,老师将废弃灯泡 的玻璃外壳小心打 碎,留下灯头和固定两根引线的玻璃芯柱,将与 之相连的灯丝去掉,利用灯头把玻璃芯柱与一盏 “220 V 40 W”的灯泡串联接入家庭电路中,此 时灯泡 (填“能 ”或“不能 ”)发光 . 然后, 用酒精灯加热玻璃芯柱,当玻璃芯柱发黄变红 时,灯泡 (填“能”或“不能”)发光 . 这时移 走酒精灯,灯泡 (填“能” 或“不能 ”)发光 . 这个实验说 明常温下 的玻璃 是 ,高温下的玻璃变成了
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知识点二 开发新材料
3.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,包括拉力极强、导电性和导 热性优良、硬度极大、熔点超过 3 000 ℃等,这种 高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料 .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
4.纳米是 的单位 .纳米材料是经过特殊工 艺制造而成的,室温下外形相同的纳米铜比普通 铜可多拉长 50倍而不断裂,这一事例表明纳米铜 具有较好 的 (填“延展性 ”或“磁性 ”).
LED 灯是一种新型的高效节能光源,其核心元件 是发光二极管,它是用 材料制成的 .
综合点 根据材料的特性选择其应用
5.纳米陶瓷是一种高新科技材料,具有耐磨、耐腐 蚀、耐高温、防渗透、完全无磁性等特点,下列物 体中可以利用纳米陶瓷材料制造的是( )
A. 高压输电线 B.装浓硫酸的容器
C.银行储蓄卡 D.LED发光二极管
6.如图所示为我省某高校学生设计的一款小夜灯, 它的一侧是太阳能电池板, 白天接受阳光照射, 晚上给另一侧高效节能的 LED 灯板提供电能 . 关 于小夜灯中所应用的物理知识,下列说法中不正
确的是( )
A.太阳能是可再生能源
B.太阳能电池板将电能全部转化为内能 C.LED灯的发光体是由半导体材料制成的
D.LED灯将电能转化为光能的效率比白炽灯高
7. 固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是 固定 的,超细微化后却发现其熔点显著降低,如在钨 颗粒中附加 0.1%~0.5% 重量比的超微镍颗粒后, 可 使 烧 结 温 度 从 3 000 ℃ 降 低 到 1 200~1 300 ℃,以致可在较低的温度下烧制成大功率半 导体管的基片,这表明 在热现象方面具 有特殊的性能 .
8.科学家们在研究导体的电阻与温度的关系时,观 察到部分导体的电阻随温度的升高而增大 .他们 猜想:导体的电阻随温度降低会不会减小呢 并 且通过实验证实了自己的猜想 .这里运用了 思维,运用这种思维研究的成果还有 : . (举一例)
9.硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属 的导电能力 (填“强”或“弱”).某些物质
在温度很低时, 电阻变为 ,这就是超导 现象 . 如果能制造出常温下的超导体,它可以在 下列哪些情境中得到应用 : (填序号).
①用作电吹风的电热丝
②用作白炽灯的灯丝
③用作输电线缆
10.请仔细阅读下文,并回答文后问题 . 纳米陶瓷
纳米陶瓷作为高新科技材料应用广泛 . 贴于“神 舟七号”飞船外表面的“太空”纳米陶瓷,具有永 久、稳定的防静电性能,且有耐磨、耐腐蚀、耐高 温、防渗透等特点 .采用氧化锆材料精制而成的 纳米陶瓷刀,具有金属刀无法比拟的优点:刀刃 锋利,能切割钢铁等物质,能削出如纸一样薄的 肉片 ;硬度高,其耐磨性是金属刀的 60 倍 ;完全 无磁性 ;不生锈变色,健康环保 ;可耐各种酸碱 有机物的腐蚀 ;为全致密材料,无孔隙、不沾污、 易清洁 .纳米陶瓷充分体现了新世纪、新材料的 绿色环保概念,是高新技术为现代人奉献的又 一杰作 .
(1)“神舟七号”飞船与空气摩擦呈炽热状态时, 飞船船舱不至于被烧毁的原因之一是飞船外表 面的陶瓷具有 的特点 .
(2)如 图所示 的是纳米 陶瓷刀、合金钢刀、普 通菜刀的磨损程度随时间变化的曲线,其中 反 映 纳 米 陶 瓷 刀 磨 损 特 点 的 是 曲 线 (填字母).
11. 阅读下面的短文,回答问题 : 半导体制冷
半导体材料有P 型半导体和N 型半导体两种,除 了可以用于各种电子元器件外,还可以用作制 冷材料 . 如图所示的是一个半导体制冷单元的 原理图,P 型半导体和N 型半导体的上端和铜片 A 连接,下端分别与铜片B 连接后接到直流电源 的两端,此时电路中的电路流方向是从N 型半导 体沿铜片A 流向 P 型半导体,铜片A 会从空气吸 收热量,铜片B 会向空气放出热量 ;反之,改变直 流电源的正、负极方向,使电流方向从 P 型半导 体沿铜片A 流向N 型半导体,这时铜片A 会向空 气释放热量,铜片B 会从空气吸收热量 . 由于半 个制冷单元制冷量小,为了满足实际需要,需要 多个制冷单元同时工作 .
(1)如图所示,若要使一个电冰箱箱内的温度下 降,铜片A 应置于电冰箱的 ,铜片B 应 置于电冰箱的 (两空均填“箱内 ”或“箱 外”),这就是半导体冰箱的工作原理 .若将图中 的电源换成交流电源,此时电冰箱 (填 “能”或“不能”)正常制冷 .
(2)若将图中P 型半导体与 N 型半导体位置互 换,其他条件不变,则铜片A 上表面空气的温度 将 ;若将图中电源的正、负极互换,其 他条件不变,则铜片B 表面空气的温度将
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第二十章 能源、材料与社会
第三节 材料的开发和利用 答案与点拨
1.D
2.不能 能 不能 绝缘体 导体
3.D(点拨 :高压输电线,利用了它导电性良好的特 点,故A 不符合题意 ;坚韧的防弹衣,利用了它的 拉力极强的特点,故 B 不符合题意 ;发光二极管, 利用了它的半导体特性,故C 不符合题意 ;保温隔 热材料,要求导热性能差,而石墨烯具有优良的导 热性,故不适合做保温隔热材料,故D符合题意 .)
4. 长度 延展性 半导体
5.B(点拨:高压输电线需要用导体材料,银行储蓄卡 需要用磁性材料,发光二极管需要用半导体材料, 故A、C、D 均错误 ;装硫酸的容器需要用耐腐蚀的 材料,纳米陶瓷符合要求,故选B.)
6.B
7. 纳米材料
8.逆向 电磁感应现象
9. 弱 零 ③
10. (1)耐高温 (2)c
11. (1)箱内 箱外 不能 (2)上升 下降
[点拨:(1)由短文提供的信息可知,电路中的电 流方向是从 N 型半导体沿铜片A 流向 P 型半导 体,铜片A会从空气吸收热量,应置于冰箱的箱 内,从冰箱内吸收热量,使电冰箱箱内的温度下 降 ;铜片 B会向空气放出热量,应置于冰箱的箱 外,把从箱内吸收的热量散发掉,达到制冷的目 的 . 交流电源的电流方向是变化的,这样吸热和 放热的状态就会不断改变,不能使吸热的部分恒 定保持吸热状态,不能使放热的地方恒定保持放 热状态 . (2)若将图中P 型半导体与N 型半导体 位置互换,这时电流方向从 P 型半导体沿铜片A 流向N型半导体,这时铜片A会向空气释放热量, 使得铜片A 上表面空气的温度上升 ;若将图中电 源的正、负极互换,其他条件不变,电流方向从P 型半导体沿铜片 A 流向 N 型半导体,这时铜片 A 会向空气释放热量,铜片 B会从空气吸收热量, 铜 片 B 表 面 空 气 的 温 度 由 于 热 量 被 吸 收 而 下降 .]
