第二十一章能源、材料與社會(huì)第三節(jié)跨學(xué)科:材料的利用與開發(fā)

人類對(duì)材料的利用1.【跨學(xué)科·社會(huì)發(fā)展】為了更好地讓各種材料服務(wù)于人類,

我們有必要了解它們的屬性。下列對(duì)材料分類合理的是

()A.屬于導(dǎo)體的材料:銅、鐵、鹽水B.屬于半導(dǎo)體的材料:硅、塑料、瀝青C.容易被磁化的材料:銅、鐵、鋁D.屬于晶體的材料:銅、鐵、玻璃

A

解析銅、鐵都屬于金屬,都是導(dǎo)體;鹽水是鹽的水溶液,是導(dǎo)

體,A正確;屬于半導(dǎo)體的材料是硅,塑料和瀝青是絕緣體,B錯(cuò)

誤;只有磁性材料才能被磁化,如鐵、鈷、鎳,其他材料是不能

被磁化的,即容易被磁化的材料是鐵,而銅、鋁都不是磁性材

料,不能夠被磁化,C錯(cuò)誤;屬于晶體的材料是銅、鐵,玻璃屬于

非晶體,D錯(cuò)誤。故選A。2.【跨歷史·史料】自從人類學(xué)會(huì)創(chuàng)造和使用生產(chǎn)工具以來(lái),

材料就和人類社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)。有些歷史學(xué)家把人類對(duì)材

料的認(rèn)識(shí)以及材料對(duì)人類的作用,作為社會(huì)發(fā)展階段的標(biāo)志

(如圖所示),分別稱為_______時(shí)代、________時(shí)代和_______時(shí)代。

鐵器青銅器

石器

解析有些歷史學(xué)家把人類對(duì)材料的認(rèn)識(shí)以及材料對(duì)人類的

作用,作為社會(huì)發(fā)展階段的標(biāo)志,分別稱為石器時(shí)代、青銅器

時(shí)代和鐵器時(shí)代。

導(dǎo)電性材料的利用與開發(fā)3.(2025湖南師大附中期末)某款手機(jī)搭載了自家研發(fā)的芯片,

是先進(jìn)的人工智能(AI)芯片。制造芯片的主要材料是

()A.導(dǎo)體

B.半導(dǎo)體

C.絕緣體

D.超導(dǎo)體

B解析芯片主要是由半導(dǎo)體材料制成的,具有單向?qū)щ娦?B

正確。4.(2025遼寧本溪期中)將五個(gè)插有鋅片和銅片的檸檬與發(fā)光

二極管按如圖所示連接,二極管發(fā)光。發(fā)光二極管主要是由

________材料制成,若對(duì)調(diào)其兩個(gè)管腳的接線,二極管不發(fā)

光,這是因?yàn)榘l(fā)光二極管具有_________的性質(zhì)。

單向?qū)щ?/p>

半導(dǎo)體

解析發(fā)光二極管由半導(dǎo)體材料制成;二極管具有單向?qū)щ?/p>

性,若對(duì)調(diào)二極管兩個(gè)管腳的接線,二極管不會(huì)發(fā)光。

開發(fā)新材料5.(2024山東棗莊滕州一模)我國(guó)優(yōu)秀青年科學(xué)家曹原研究發(fā)

現(xiàn):當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度時(shí),石墨烯的電

阻會(huì)突然變?yōu)?。此時(shí)的石墨烯材料屬于

()A.超導(dǎo)體

B.絕緣體

C.半導(dǎo)體

D.導(dǎo)體

A

解析超導(dǎo)材料是一種電阻為零的材料,當(dāng)兩層平行石墨烯

堆成約1.1°時(shí),石墨烯的電阻突然變?yōu)?,故知此現(xiàn)象中的石墨

烯是超導(dǎo)體,A正確。6.(2024廣西中考)關(guān)于超導(dǎo)材料,下列說(shuō)法正確的是()A.是絕緣體材料B.是半導(dǎo)體材料C.常溫常壓下電阻為零D.用來(lái)輸電可減少電能損耗

D

解析超導(dǎo)材料是在一定溫度下電阻為零的材料,不是絕緣

體材料或半導(dǎo)體材料,A、B、C錯(cuò)誤;用超導(dǎo)體做輸電導(dǎo)線,可

以減少由電能到內(nèi)能的損耗,提高傳輸效率,D正確。7.【跨學(xué)科·工程實(shí)踐】(2024新疆烏魯木齊頭屯河模擬)“納

米(nm)”是長(zhǎng)度的度量單位,假設(shè)一根頭發(fā)的直徑是0.05mm,

把它徑向平均剖成5萬(wàn)根,每根的厚度大約就是一納米。0.05

mm=_________nm。納米技術(shù)研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米的材料,

強(qiáng)度和硬度大大高于原來(lái)的材料,且有良好的韌性。如圖是

納米陶瓷刀、合金鋼刀、普通菜刀磨損程度隨時(shí)間變化的曲

線,其中反映納米陶瓷刀磨損特點(diǎn)的是曲線______(選填“a”

“b”或“c”);由于納米尺度的特殊性,則納米粒子進(jìn)入人體

的途徑可能是_________(選填“A”“B”“C”或“D”)。

D

c

5×104

①皮膚直接接觸納米粒子;②呼吸時(shí)把納米粒子吸入肺部;③進(jìn)食含有納米粒子的食物。A.只有①和②

B.只有①和③C.只有②和③

D.①②③解析

0.05mm=0.05×106nm=5×104nm;分析題圖中的曲線,

在相同的時(shí)間內(nèi),c被磨損的程度最小,即其硬度最大,所以它

代表的就是納米陶瓷刀的磨損過(guò)程;a被磨損的程度最大,即其

硬度最小,所以它代表的是普通菜刀的磨損過(guò)程。由于納米

粒子非常小,因此納米粒子可以通過(guò)各種途徑進(jìn)入人體。第二十一章能源、材料與社會(huì)實(shí)踐制作太陽(yáng)能烤箱如圖甲是一種太陽(yáng)能路燈,它由太陽(yáng)能電池板、控制器、蓄

電池組、LED發(fā)光二極管、燈桿及燈具外殼組成,其結(jié)構(gòu)示

意圖如圖乙所示,工作時(shí)的能量流向如圖丙所示,其中太陽(yáng)能

電池的核心部件是光電板,某興趣小組想知道光電板吸收太

陽(yáng)能的多少與哪些因素有關(guān),他們提出了以下猜想。猜想1:可能與光電板的光照時(shí)間有關(guān);猜想2:可能與光電板的面積有關(guān);猜想3:可能與光電板表面所涂的顏色有關(guān)。根據(jù)以上猜想,他們?cè)O(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn),然后用不同的光電板正對(duì)太

陽(yáng)光照射并對(duì)蓄電池充電,一段時(shí)間后用蓄電池給LED燈供

電直到LED燈熄滅,實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如表所示。序號(hào)光電板的面積/m2光照時(shí)間/min光電板表面所涂顏色LED燈的發(fā)光時(shí)間/min10.110黑色3020.120黑色6030.130黑色9040.210黑色6050.310黑色9060.110綠色2070.110白色5(1)如圖乙所示,正常情況下在白天控制開關(guān)S應(yīng)與_____(選填

“b”或“c”)接通,實(shí)驗(yàn)中,光電板吸收太陽(yáng)能的多少是通過(guò)

______________________反映的。(2)由表中_____________(填表中的序號(hào))三組數(shù)據(jù)對(duì)猜想1進(jìn)行

驗(yàn)證,得出的結(jié)論是:在光電板面積和光電板表面所涂顏色相

同時(shí),光電板吸收太陽(yáng)能的多少與光電板的光照時(shí)間有關(guān)。(3)由表中1、4、5三組數(shù)據(jù),得出的結(jié)論是:在光照時(shí)間和光

電板顏色相同時(shí),______________________________________

_________。積有關(guān)

光電板吸收太陽(yáng)能的多少與光電板的面

1、2、3

LED燈的發(fā)光時(shí)間

b

(4)由表中數(shù)據(jù)分析可知:制作光電板用_______(選填“黑

色”“綠色”或“白色”)最好。(5)除了以上影響因素,你覺(jué)得光電板吸收太陽(yáng)能的多少還可

能與_________有關(guān)。(寫出一種即可)(6)若某太陽(yáng)能電池在某段時(shí)間內(nèi)獲得的太陽(yáng)能為E,通過(guò)光電

效應(yīng)獲得的電能為W,則該太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率為

_________。(7)用某太陽(yáng)灶將一壺質(zhì)量為2kg、初溫為30℃的水加熱到光照強(qiáng)度

黑色

80℃,水吸收的熱量為__________J;太陽(yáng)灶接收到的太陽(yáng)輻射

能量為2.8×106J,相當(dāng)于完全燃燒________m3天然氣所釋放出

來(lái)的熱量,則太陽(yáng)灶的熱效率為________。[水的比熱容為4.2

×103J/(kg·℃),天然氣的熱值為4×107J/m3]

15%

0.07

4.2×105

解析

(1)太陽(yáng)能路燈的原理:白天,太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池充

電,夜晚,蓄電池對(duì)LED燈供電,由圖可知,白天S應(yīng)與b接通,夜

晚S應(yīng)與c接通;實(shí)驗(yàn)中,光電板吸收太陽(yáng)能的多少是通過(guò)LED

燈的發(fā)光時(shí)間反映的,這是轉(zhuǎn)換法。(2)由表中1、2、3三組數(shù)

據(jù)對(duì)猜想1進(jìn)行驗(yàn)證,得出的結(jié)論是:在光電板面積和光電板表面所涂顏色相同時(shí),光電板吸收太陽(yáng)能的多少與光電板的光

照時(shí)間有關(guān)。(3)由表中1、4、5三組數(shù)據(jù),得出的結(jié)論是:在

光照時(shí)間和光電板表面所涂顏色相同時(shí),光電板吸收太陽(yáng)能

的多少與光電板的面積有關(guān)。(4)由表中數(shù)據(jù)分析可知在光照時(shí)間和光電板面積相同時(shí),黑色光電板吸收太陽(yáng)能最多,所

以制作光電板用黑色最好。(5)除了以上影響因素,光電板吸

收太陽(yáng)能的多少還可能與光照強(qiáng)度有關(guān)。(6)某太陽(yáng)能電池

在某段時(shí)間內(nèi)獲得的太陽(yáng)能為E,通過(guò)光電效應(yīng)獲得的電能為

W,則該太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率為

。