1、材料篇（16 篇）1 （16 西一）阅读以下材料，回答相关问题。纳米材料的小尺寸效应物质的尺度加工到 1100nm ，它的物理性质或者化学性能与较大尺度时相比，会发生变化，这些物质组成的材料称为“纳米材料”。纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出“新奇”的现象。随着颗粒尺寸变小，在一定条件下会引起颗粒性质改变。由此引起的宏观物理性质的变化称为“小尺寸效应”。纳米材料小尺寸效应主要表现在如下方面： 1特殊光学性质：所有金属在纳米状态时都呈现黑色。尺寸越小颜色愈黑，银白色的铂变成铂黑，金属铬变成铬黑。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常低于 l，约几微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效
2、率光热、光电转换材料，以很高效率将太阳能转变为热能、电能。还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。2特殊热学性质：通常晶体具有固定的熔点，当晶体达到纳米尺寸时却截然不同。例如：金的熔点为 1064，而直径为 10nm 的金粉熔点降低到 940，直径为 5nm 的金粉熔点降低到 830。此特性可应用于粉末冶金工业。3特殊电学、磁学性质：纳米材料的导电性有所改变。例如：铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电；通常绝缘的二氧化硅颗粒在 20nm 时却开始导电。此外，纳米材料呈现出超顺磁性，科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中都存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向
3、，具有回归的本领。4特殊力学性质：氟化钙纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿具有高强度，是因为它由磷酸钙等纳米材料构成。纳米金属要比传统金属硬 35 倍。金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好，制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。纳米材料小尺寸效应还表现在超导电性，介电性能、声学特性以及化学性能等方面。纳米技术目前已成功应用于许多领域，在工业、农业、能源、环保、医疗、国家安全等都有广泛应用，图 34 是 1993 年中国科学 院北京真空物理实验室自行操纵原子写出的“中国 ”二字，标志着我国开始在世界纳米领域占有一席之地。请回答下列问题：（1）铜颗粒达到纳米尺寸就可以变成 。 （
4、选填：“导体”或“绝缘体”）（2）金属陶瓷复合纳米材料强度高且韧性好，请对此种材料提出一项可以应用于人体的设想： 。 （3）小东针对纳米材料的“特殊光学性质”，提出了一个问题：金属的颜色会变黑吗？请你判断这是不是一个可以探究的科学问题。答： 。（4）请你针对纳米材料“特殊热学性质”，提出一个可以探究的科学问题： 。图 342 （16 顺二）阅读碳纳米管 ，回答问题。碳纳米管小雨在中国科技馆内看到了对“碳纳米管”材料的介绍后（如图 27 所示） ，想更加详细的了解，于是就上网搜索。她了解到碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。如图 28 所示，
5、它是由一些柱形的碳管同轴套构而成，直径大约在 1 到 30nm 之间，长度可达到 1m（ 1m=103nm） 。这种管完全由碳原子构成，并可看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲 360而形成的无缝中空管，相邻管子之间的距离约为 0.34nm。碳纳米管的抗拉强度最大可达到 21011Pa，是钢的 100 倍,密度却只有钢的 1/6，它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球月球载人电梯，人们来往月球和地球便方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。碳纳米
6、管可用于锂离子电池负极材料。碳纳米管的层间距为 0. 34nm ，略大于石墨的层间距 0. 335nm，这有利于 Li + 的嵌入与迁出 ，它特殊的圆筒状构型不仅可使 Li + 从外壁和内壁两方面嵌入，又可防止因溶剂化 Li + 嵌入引起的石墨层剥离而造成负极材料的损坏。碳纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的导电性，消除极化。实验表明，用碳纳米管作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌 Li + 容量和稳定性。碳纳米 管对接触它的人的眼睛、皮肤会引起不适，可能会引起呼吸系统的疾病，对某些水生生物来说是有毒的。因此研究人员表示，在碳纳米管未来发展前景问题上，必须慎重和有准备地
7、进行权衡。人们还没有充分了解其对环境和人类健康的影响，应防止它作为大规模生产材料进入环境中。请根据上述材料，回答下列问题：（1）两个 Li +之间有相互 （选填“ 吸引”或“排斥”）的作用。（2）请写出碳纳米管的优点 （写出一条即可） ；请设想一种碳纳米管材料在未来生产生活中的应用 。（3）小雨在对碳纳米管的资料进行整理后，提出了以下几个问题，你认为可探究的问题是 （选填选项前的字母） 。A碳纳米管容易导电吗？ B碳纳米管为什么这么薄？ C碳纳米管在生活中有什么用处？ D碳纳米管的抗拉强度与它的直径有什么关系？ 图 27 图 283 （15 房一）石墨烯改变世界的神奇新材料。一片碳，看似普通，
8、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
9、烯为原料。因此，其应用前景十分广阔。（1）石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，1nm=10 7 cm= 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 （选填“A”或 “B”、 “C”、 “D”） ；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。4 （15 西一）阅读以下材料，回答相关问题。碳纳米管是一种具有特殊结构的材料。碳纳米管具有良好的力学性能。它的硬度与金刚石相当，却拥有良好的
10、柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的强度比同体积钢的强度高 100 倍，质量却只有后者的 1/6。碳纳米管因而被称为“超级纤维”。研究人员曾将碳纳米管置于巨大的水压下（相当于水下 1104m 深处的压强） ，由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了原状，表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置，能够大大减轻重量。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。碳纳米管表现出良好的导电性，导电能力通常可达铜的 1 万倍。碳纳米管具有良好的传热性能，由于具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相
11、对其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成各向异性的热传导材料。（1）碳纳米管的密度约为钢密度的； （2）水下 1104m 处的压强约为 1Pa； （3）跟铜相比，碳纳米管的导电能力更； （4）通过合适的取向，碳纳米管可以合成各向异性的材料。5 （15 门一）钛合金的强度高于钢铁，重量却只有同体积钢铁的一半，特别是具有承受大深度海水压力的本领。 “钛合金核潜艇”的耐压外壳由于采用了钛合金，最大下潜深度可达到 1000 米左右，是钢铁核潜艇的 23 倍。由于钛合金核潜艇的重量减轻，也有利于在推进功率不变的情况下，进一步提高潜艇的水下航速。钛合金的无磁性也是其优于钢铁的一个主要
12、方面。钢铁在使用后会带有磁性，这就给敌对方磁探测提供了目标，所以必须定期对核潜艇进行整体消磁；而钛合金核潜艇无磁，在磁探仪器面前绝对隐身，减少了一种暴露的可能。钛合金 （选填“是”或“ 不是”）磁性材料。“钛合金核潜艇” 下潜深度达到 1000 米时，受到海水的压强是 。 （g 取 10N/kg，海水的密度为 1.03103 kg /m3）请你试着分析钛合金核潜艇可以提高航速的原因： 。6 （15 海二）1932 年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般的变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金
13、。记忆效应分别有：单程记忆效应和双程记忆效应。单程记忆效应是指，材料在高温下形成某种形状，在较低的温度下将其任意变形，再加热后可恢复高温时形状，而重新冷却时却不能恢复低温时的形状。双程记忆效应是指，某些合金加热时恢复高温时形状，冷却时又能恢复低温时形状。形状记忆合金在航天方面的应用已取得重大进展。美国国家航空、航天局采用形状记忆合金制造了月面天线。这种月面天线为半球形展开天线，体积较大。当往运载火箭或航天飞机上装载时，先在低温下对它进行压缩，形成便于装运的小球团；待发送到月球表面时，受太阳光照射加热而恢复所记忆的原形，展开成正常工作的半球形天线。根据上面提供的材料回答下列问题：（1）将不同类型
14、的形状记忆效应对应的形状记忆合金的变化用图像画出来，填在表格内。初始形状 低温变形 加热形状 冷却形状记忆类型形状单程记忆效应形状双程记忆效应（2）仿照（1）的格式将月面天线的展开过程，按条件用简单的图像表示出来（3）若给你一个记忆合金材料，你会用它来制做元件。 （选填在生活或生产中具有实用价值的元件）7 （15 丰二、16 丰二）气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质，因其内部有很多孔隙，充斥着空气，故而得名。1931 年，美国科学家用二氧化硅制得了最早的气凝胶，外号 “凝固的烟”。2011 年，美国 HRL 实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备了一种镍构成的气凝胶，密度为 0
15、9 毫克/立方厘米，创下了当时最轻材料的纪录。把这种材料放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形 这张照片入选了自然杂志年度十大图片，也给浙江大学高分子科学与工程学系高超教授留下了深低温压缩 阳光照射刻印象：能不能制备出一种材料，挑战这个极限？近日，浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅每立方厘米 016 毫克，是迄今为止世界上最轻的材料。 “气凝胶”是半固体状态的凝胶经干燥、去除溶剂后的产物，外表呈固体状，内部含有众多孔隙，充斥着空气，因而密度极小。浙江大学高分子科学与工程学系高超教授的课题组将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干
16、，去除水分、保留骨架，成功刷新了“最轻材料”的纪录。此前的“ 世界纪录保持者 ”是由德国科学家在 2012 年底制造的一种名为“石墨气凝胶” 的材料，密度为每立方厘米 018 毫克。据介绍， “全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一。现有的吸油产品一般只能吸收自身质量 10 倍左右的有机溶剂，而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的 900 倍。全碳气凝胶将有望在海上漏油、净水甚至净化空气等环境污染治理上发挥重要作用。传统的气凝胶制作方式往往无法批量生产，但课题组新创的“低温冻干法”令气凝胶的生产过程更加便捷，也使这种超轻材料的大规模制造和应用成 为可能。（1）人们把气凝胶称作 “凝固的烟”，
17、用确切的物理语言来说是指它的 很小（选填“质量”或“密度”） 。文中提到“ 全碳气凝胶 ”的固态材料密度仅每立方厘米 016 毫克，也就是 g/cm3。（2）一块 100cm3 的全碳气凝胶放在一朵花上，该气凝胶的质量为 g。（3）研究表明， “全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一，它最多能吸收自身质量 900 倍的有机溶剂，则 100cm3 的“ 全碳气凝胶” 最多能吸收的有机溶剂重力为 N。 （g 取 10N/ kg）8 （17 门一）阅读新型材料 ，回答问题。新型材料如图 24 所示是科技馆内展示的新型材料：纳米材料、复合材料和双向记忆合金。纳米材料是指由颗粒尺寸在 1-100nm 之
18、间的超微颗粒组成的材料。纳米是一个极小的长度单位，当材料颗粒小至纳米级别时，会赋予该材料很多特有的性质，是普通材料无法比拟的。复合材料是两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成，也是复合材料。由于复合材料的重量轻、强度高、加工成型快、耐腐蚀性能好等特点，不仅广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等方面。随着现代科技的发展，复合材料在航空工业上也起到十分重要的作用。用酒精灯给双金属片加热，双金属片发生弯曲，原来这个受热弯曲的金属片是由两种不同的金属贴合而成的，各种金属都有热胀冷
19、缩的特性，而不同的金属随着温度变化热胀冷缩的程度不同，金属片于是就会发生弯曲。例如铁片和铜片组成的双金属片，铜片的膨胀系数比铁片大，温度高时，膨胀得比铁片多，就会弯曲。双金属片的这种性质在生活中有很多应用。（1）纳米材料是指由颗粒尺寸在 之间的超微颗粒组成的材料；（2）复合材料广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等方面，主要因为复合材料 的特点；（3）给双金属片加热双金属片发生弯曲，这主要是利用了 的特性。9 （15 大一）舱外航天服实际上是最小的载人航天器，是航天员走出航天器到舱外作业时必须穿戴的防护装备如图 27 所示。舱外航天服质量仅约 110kg，除了具有舱内航天服所有的功能外，还增加
20、了防辐射、隔热、防微陨石、防紫外线等功能。舱外航天服主要由外套、气密限制层、液冷通风服、头盔、手套、靴子和背包装置等组成，是一种多层次、多功能的个人防护装备。气密限制层是舱外航天服最重要的部分，它的作用是保持服装气密，限制服装膨胀，使各大关节具有一定的活动度。液冷通风服穿在气密限制层内，在服装的躯干和四肢部位有网状分布的塑料细管，液体流过时可将热量带走。（1）舱外航天服的质量相当于个正常中学生的体重。A.1 B.2 C.3 D.4（2）宇航员在舱外工作时，航天服内的温度较（选填“高”或“低”） ，需要（选填“升高”或“降低 ”）温度，使宇航员保持正常的体温。（3）舱外航天服气密限制层材料的特点
21、是。A. 密度小、抗压强度高、伸长率小 B. 密度大、抗压强度高、伸长率大C. 密度小、抗压强度低、伸长率大 D. 密度大、抗压强度低、伸长率小10 （15 东二）宇航服又称航天服， 根据宇航员的活动范围和航天任务，宇航服应当满足这样一些条件：（1）能使位于太空的人体处于加压状态；（2）能供给保障宇航员生命安全所必需的氧气，消除二氧化碳，并能够控制温度和湿度；（3）能使宇航员在宇宙空间具有各种活动能力，并能使宇航员的疲劳减轻到最低限度；（4）穿戴和脱下方便；（5）具有防护宇宙射线辐射的能力；（6）能经得起微流星的冲击；（7）具有应付太空意外事故的能力。宇航服一般由密闭头盔和密闭服组成。密闭头盔
22、由透明聚碳酸脂制成，为防止来自太阳的紫外线与红外线等强烈辐射，在头盔的透明层上涂有金属薄层。密闭头盔内可以供氧和加压。密闭服通常由几层具有耐高温的防火聚酰胺纤维织物等一些特殊材料制成，其中夹有数层铝箔，具有隔热、防护宇宙射线以及防止太空中流星雨的撞击等作用。为了适应宇航员在航天飞行中长时间穿用，宇航服都具有良好的气密性。另外，宇航服还配备有自动控制空气再生和调节的自给系统、无线电通信系统、宇航员的摄食与排泄等设施。宇航服按其用途主要有两种：一种是宇宙飞船内部穿用的宇航服，这种宇航服是在宇宙飞船座舱内使用的应急装置。当飞船发生故障时，它可以保护宇航员安全地返回地面。这种宇航服制作的一般比较轻便，
23、在不加压时穿着比较舒适、灵活，因此有利于宇航员在不加压状态下较长时间地穿着。另一种是宇航员在飞船外部工作时穿用的宇航服，用以保证宇航员进入外层空间或者降落到其他天体表面完成一定的工作任务。这种宇航服具有更高的可靠性，它还装配有携带式生命保障系统,携带有供宇航员在外层空间运动的小型火箭。（1）由于太空中处于真空环境，声音 （选填 “能”或“不能”）传播，所以在太空中宇航员是通过 来传递信息的。（2）宇航员在某次工作任务时，开动宇航服中携带的供宇航员在外层空间运动的小型火箭，向后喷出气体，从而使宇航员向前运动，这一现象说明力的作用是 的。（3）通过本文的描述，你觉得同一位宇航员身穿 （选填“在宇宙
24、飞船内部穿用”或“在飞船外部工作时穿用 ”）的宇航服时惯性比较大。11 （17 通一）阅读RO 反渗透膜原理 回答问题。RO 反渗透膜原理反渗透，英文为 Reverse Osmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。早在1950 年美国科学家 DR.S.Sourirajan 无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水。他由此而产生疑问：陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢？这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥嗉囊位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。海鸥正是利用了这层薄膜把海水过滤为可饮用的
25、淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则被从口中吐出。这就是以后逆渗透法（Reverse Osmosis 简称 R.O）的基本理论架构。对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液(例如淡水) 和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液一侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液一侧施加大于渗透压的压力
26、时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中。反渗透膜的孔径非常小，因此能够有效地去除水中比反渗透膜孔径大的溶解盐类、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等。利用反渗透原理进行水提纯系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。反渗透膜能截留直径大于 0.0001 微米的物质，是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于 100 的
27、有机物，同时允许水分子通过，以获得高质量的纯净水。请根据上述材料，回答下列问题：（1）要将自来水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质阻隔，并使之无法通过反渗透膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来，反渗透膜的孔径要达到 以下。（2）图 28 甲中容器两侧液面在自然状态下液体的流动方向是 （选填“从纯水到盐水”或“从盐水到纯水 ”） 。（3）图 28 乙中两侧液体静止达到液透平衡。如果左右两容器横截面积均为 100cm2，要实现反渗透，需要在图 28 甲中 液面（选填 “纯水”或“盐水” ）施加竖直向下的压力至少是多大，请写出计算过程。 （g=10N/kg ，
28、盐水 =1.03103kg/m3）（4）RO 反渗透是当前最先进的净水分离技术，请至少举出一个它在生产生活方面的应用 。甲 乙图 28h2=20cm纯水 盐水半透膜 半透膜纯水盐水h1=10cm12 （15 丰一）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 19 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，此时电路的电路流方向是从 N 型半导体经铜片 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
29、向，使电流方向从 P 型半导体经铜片 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。请回答下列问题（1）如图 19，若要使一个电冰箱箱内的温度下降，铜片 A 置于电冰箱的 ，铜片 B 置于电冰箱 （前两空选填 “箱内”、 “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，此时电冰箱能否正常制冷？答： 。（2）若将图 19 中 P 型半导体与 N 型半导体位置互换，其它条件不变，则铜片 A 上表面空气的温度将 。13 （15 朝一）阅读下列材料，回答下列问题 1911 年
30、，荷兰科学家卡末林昂内斯(Heike Kam erlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K（零下 268.95）时，水银的电阻完全消失。当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这即为超导现象。1933 年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质完全抗磁性，也称迈斯纳效应。完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，体内的磁感应强度为零的现象。迈斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。另外利用超导悬浮还可制造无磨损轴承，将轴承转速提高到每分钟 10 万
31、转以上。发生超导现象时的温度称为临界温度。2014 年 12 月，我国科学家发现了一种新的铁基超导材料锂铁氢氧铁硒化合物，其超导转变温度高达 40K(零下 233.15 摄氏度) 以上，这是世界上首次利用水热法发现铁硒类新型高温超导材料，堪称铁基超导研究的重大进展，为相关体系新超导体的探索提供了新的研究思路。同时，为探索铁基高温超导的内在物理机制提供了理想的材料体系。（1）当温度降低到足够低时，有些材料的_变为零，这即为超导现象。（2）荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质_，也称迈斯纳效应。（3）利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为_能所造成的能量损失。（4）
32、假如白炽灯的灯丝、电动车内电动机的线圈、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，下列说法正确的是（ ）A白炽灯仍能发光且更省电 B电动车仍能行驶且效率更高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图 1914 （16 东一）阅读下列材料，回答 37 题。1911 年，荷兰物理学家昂尼斯(18531926) 发现，水银的 电 阻率（表示单位长度单位横截面积的某种材料的电阻）并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到 4.15K 附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻
33、率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度) TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为 0.012K，锌为0.75K，铝为 1.196K，铅为 7.193K。20 世纪 80 年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于 1986 年在镧钡铜氧化物中发现了Tc=35K 的超导电性。 1987 年，中国、美国、日本等国科学家在钡钇铜氧化物中发现 Tc 处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷
34、成为极有发展前景的超导材料。2009 年 10 月 10 日，美国科学家合成物质(Tl4Ba),将超导温度提高到 254K，仅比冰的熔点低 19，对于推广超导的实际应用具有极大的意义。（1）通过本文的描述， “电阻率”是描述材料 （选填“导电性能”或“ 导热性能”）的物理量。（2）超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的 ，通常用符号 TC 来表示。（3）2009 年 10 月 10 日，美国科学家合成的物质(Tl4Ba)若温度在 以下，电阻率几乎为零。（4）文中提到的温度单位“K” 为热力学温度，若“ 温度改变 1”和“温度改变 1K”的物理意义完全一样，依据本文的描述，你认为：在一标
35、准大气压下，水的沸点是 K。15 （16 西二）阅读以下材料，回答相关问题。超导材料1911 年，荷兰科学家昂内斯(Onnes)用液氦冷却水银时发现，当温度下降到 4.2K（268.98时）时，水银的电阻完全消失。1913 年昂内斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属电阻的消失“不是逐渐的，而是突然的”，水银在 4.2K 进入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为超导态。后来他发现许多金属和合金都具有与上述水银相类似的低温下失去电阻的特性，这种现象称为超导电性，达到超导时的温度称为临界温度，具有超导电性的材料称为超导材料或超导体。1933 年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导
36、体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，外加磁场也无法进入超导体内，形象地来说，就是磁感线将从超导体中被排出，不能通过超导体，这种抗磁性现象称为“迈斯纳效应”。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的“高温”只是相对的，其实仍然远低于冰点 0，对常温来说应是极低的温 度。20 世纪 80 年代是超导电性探索与研究的黄金年代。1981 年合成了有机超导体，1986 年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡（Ba） 、镧（La） 、铜（Cu ） 、氧（O）的陶瓷性金属氧化物，其临界温度提高到了 35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大
37、，缪勒和柏诺兹因此而荣获了 1987 年度诺贝尔物理学奖。后来包括中国在内的世界上部分国家又陆续发现临界温度 100K 以上的高温超导材料。高温超导材料的用途非常广阔，由于其具有零电阻和抗磁性，用途大致可分为三类：大电流应用（强电应用） 、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。请回答下列问题：（1）许多金属和合金具有在低温下会失去电阻的特性，这种现象称为超导电性，达到超导时的温度称为 温度。（2）超导体 （选填“可以” 或“不可以”）用来制作电炉子的炉丝。（3
38、）如图 27 所示，在甲、乙两图中能表示“迈斯纳效应”的是 图。 （4）高温超导材料的超导电性可以应用于 。16 （17 延一）阅读以下材料，回答相关问题超导磁流体推进器磁流体推进器(英语:Magnetohydrodynamic Drive，MHD)是贯通海水的通道内建有一个磁场，这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，若运动方向指向船尾，则反作用力便会推动船舶前进。而采用超导磁体作为磁场来源，则称为超导磁流体推进器。磁流体推进器由磁体、电极和通道三部分构成，其推进过程可以借助物理学中的“磁场对通电直导线的作用”这一现象解释。超导电磁流体推进是把电能直接转换成流体动能，以喷射推
39、进取代传统螺旋桨推进的新技术，它具有低噪音和安全性等特点，在特殊船舶推进应用中具有重大价值。中科院从 1996 年开始超导磁流体推进技术的研究，研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进实验船。请回答下列问题：（1）磁流体推进器由 、电极和通道三部分构成（2）导电的海水在通道内流动时，船前进的方向如图 32 所示，此时海水受到向 的 电磁力。（选填“左”或“ 右” ）（3）导电的海水在通道内流动时，获得的动能是由 能转化成的。乙甲磁感线图31左 右图 32能源篇（14 篇）1 （15 丰一）雅砻江干流总长约 1500 公里，在尼坎多以下流入四川后，基本南流，通过省内面海拔最高，气温最低的石渠县
40、，来到曾是红军长征时二、四方面军会师之地甘孜县，然后在连绵不断的峡谷中咆哮，怒吼着，以势不可挡的气概，向南穿过新龙县，饱览了雅江县箭杆山雄伟壮丽的景色之后飞驰过四川第一高峰海拔 7566 米高的贡嗄山，来到木里县白碉附近，环绕着锦屏山绕了个一百多度的大急弯，形成著名的雅砻江大河湾。雅砻江滩多水急，水量丰沛，自然落差大。据小得石水文站 18 年水文资料分析，多年平均流量为 1550 立方米/秒，最大年均流量 2330 立方米/ 秒。湘江位于江南地区，是湖南省最大的河流，为长江最重要的支流之一。干流全长 856 千米，流域面积 9.46 万平方千米，沿途接纳大小支流 1300 多条，多年平均入湖水
41、量 713 亿立方米，多年平均流量为2990 立方米/秒。中下游河宽 500 米1000 米，常年可通航 15 吨300 吨驳轮。水力发电具有清洁、基本无污染、营运成本低，效率高、可再生等诸多优点。水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。利用这些建筑物集中天然水流的落差形成水头，汇集、调节天然水流的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合运转，将集中的水能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。（1）水力发电的原理是从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的落差将水的重力势能转化为 能，再利用
42、水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水中蕴藏的能量转化为水轮机的 能，最后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁感线产生交流电。（2）如果要建设一座年发电量在百亿千瓦时的大型水电枢纽，你认为 江更合适，原因是 。2 （15 门二）海水的利用地球表面的 70%以上是海洋，开发利用海洋有广阔的前景。潮汐是一种海平面周期性变化现象，海平面每昼夜有两次涨落。人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝，在大坝中间装上水轮发电机组。涨潮时，海水通过大坝流进河口，带动水轮发电机发电；退潮时，海水又流回海洋，从相反方向带动水轮发电机发电。法国的郎斯潮汐电站年发电量达 5108 kWh。海水淡化和海水直接用于工业冷却
43、用水的相关设备、管道防腐等技术已比较成熟。部分沿海国家许多工业冷却水来自于海水。（1）潮汐发电是将 能转化为电能；发电机是应用 现象制成的。（2）吨标准煤燃烧后可发电 2510 3 kWh，如果郎斯电站每年的发电量用煤作为燃料需要 吨标准煤。（3）海水作工业冷却用水主要是利用了水的 大的特性。3 （16 东二）阅读下列材料。自从原始人发现火的使用方法以后，能源就成为人类文明跃进的重要基础。由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。特别是近几十年来，能源消耗增长速度明显加快。已探测的数据表明，目前作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富，而且化石能源开发利用后不能再生，如果长期大
44、规模开采，不久的将来会消耗殆尽。另一方面，人类在耗用各种能源时，不可避免的会对环境造成影响。例如，化石能源产生了大量的内能，其中相当一部分没有被利用，从而造成了热污染。同时，燃烧化石能源的产物：二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳和粉尘，对水、土壤、大气也会造成污染。因此许多人认为风力应该取代燃油与煤矿做为发电的能源。如图 18 中的结构物是藉由风力转动叶片的风车。这些转动让风车推动的发电机产生电能。风越强，风车的叶片转动越快，产生越多电力。但是在真实环境中，风速和电力并没有直接关系。以下是真实环境中风力发电机的四个运作条件。当风速达到 v1 的时候，叶片开始转动。当风速是 v2 的时候，所产出的电力
45、（W）会达到最大。基于安全的理由，当风速大过 v2 的时候，叶片的转动不会增加。当风速达到 v3 的时候，叶片会停止转动。就相同的风速而言，在海拔越高的地方，风车转动得越慢。（1）风力发电是将_能转化为电能。（2）下列风速与电力的关系图中，_满足上述的四个运作条件。（3）就相同的风速而言，在海拔越高的地方，风车转动越慢这是因为海拔较高的地区_（选填“ 空气稀薄”或“ 温度较低”） 。（4）与使用化石燃料如：煤矿和石油等发电相比，请描述风力发电特有的一项优点。_图 18图 19Wv v 1 v 2 v 3Wv v 1 v 2 v 3Wv v 1 v 2 v 3Wv v 1 v 2 v 3A B
46、C D4 （15 石二、17 平一）阅读下面的短文，回答问题6 月 5 日是世界环境日，低碳排放，保护地球是当今世界的主题，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。对风能、太阳能和水能的开发和利用，可以减少大量化石能源的生产和消费所导致的生态破坏与严重环境污染。为实现减排目标，我国大力推广风力、水力发电。如图 24 甲是我国某地区风力发电的外景,风力发电机组主要由风机叶片和发电机组成。风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度小，硬度大的复合材料制成。叶片形状像飞机的机翼，由于叶片两面空气流速不同产生压强差而使风叶受力旋转。风叶产生的动力
47、通过传动系统传递给发电机，实现机械能转化为电能。 （1）风能、太阳能和水能都属于 再生能源。（2）风机叶片通常用 、硬度大的复合材料制成。（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，发电机是利用 原理发电的。（4）若风机叶片位置和风向如图 24 乙所示 ，由于叶片两面空气流速不同产生压强差，而受到向 （选填“上”或“ 下” ）的力使风叶旋转。5 （15 昌二）如图所示甲是我国某地区风力发电的外景，风力发电机组主要是由风机叶片和发动机组成。风力发电利用的是风能，风能是清洁能源的可再生能源。风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，利用电磁感应原理，实现机械能转化为电能。（1）风机叶片具有质量轻
48、强度高 耐磨损等性能，通常用密度小，硬度 （大/小）的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片上表面空气流速快，下表面空气流速慢，上表面气流产生的压强 下表面空气流产生的压强（选填“大于”或“小于”） ，产生压强差，而受到向上的力使风叶旋转。（2）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图象得到的下列信息，正确的有哪些（ ）A只要有风，机组就能产生电能B风速越大，机组产生的电功率一定越大C风速在一定范围内，机组产生的电功率可能不变（3）下表给出了在不同风速下某风机获得的能量：对表格进行分析，若风机获得能量的发电机效率为 10，当风速为 5m/s 时，这台风机工作 1s 所产生的电能可供 1 只“220V 100W”电灯正常工作 。图 24 乙甲风力方向6 （15 门一）
