第二十一章 第三节 跨学科：材料的利用与开发-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪科版2024)

动,所以金属棒ab中会产生感应电流 (动能转化为电能);由于导轨和金属 棒有一定电阻,电流流过导轨和金属 棒会产生热量,所以电能又转化为内 能,内能最终散失到空气中,导致金属 棒的动能越来越少,直至为零,金属棒 ab静止。 第二节　跨学科：能源的 开发与利用 1. 化学能 二氧化碳 2. 不可再生 核裂变 核聚变 3. 太阳 电动机 4. 聚变 2.52×105 5. 可再生 机械 6. 可再生 电 7. 减少 可再生 解析:乙醇燃烧一 般只产生二氧化碳和水,没有粉尘和 硫化物(导致酸雨形成的成分),而煤 和石油的使用会带来大量的硫化物等 有害气体。汽油是石油制品,在汽油 中加入乙醇,汽油的使用量减少,排放 的有害气体相应减少。乙醇主要是利 用粮食作物发酵生产的,而粮食作物 是可以再生的,所以乙醇是可再生能 源。但由于受到粮食供求关系的影 响,将乙醇作为主要燃料之一使用,从 全球范围来看,目前还不具备条件,只 能作为辅助燃料。 8. 可再生 液化 解析:空气是取之 不尽的,所以空气能属于可再生能源。 制冷剂在蒸发器中汽化,汽化吸热,即 吸收空气中的内能,在冷凝器中,制冷 剂发生液化,液化放热,水吸收热量, 这样就将空气中的内能“搬运”至 水中。 9. B 解析:地热能、核能不是来自太 阳的能源;煤炭、水能、木柴、天然气、 石油不是新能源;煤炭、天然气、石油、 核能是不可再生能源。故选B。 10. C 解析:原子核由带正电的质子 和不带电的中子构成,A错误;核裂变 会持续产生中子,不需要从外界获得 中子,B错误;如果原子核的链式反应 在可控的核反应堆中进行,就可以和 平利用核能发电,若不加控制,会非常 危险,C正确;氢弹是利用核聚变原理 制造的武器,D错误。 11. 解析:(1) ① 0.5h内行驶的路程 s=vt=54km/h×0.5h=27km= 2.7×104m。② 车受到的重力G= mg=300kg×10N/kg=3000N;车 受到 的 牵 引 力 F=f=0.02G= 0.02×3000N=60N;车行驶所需的 机械功率P=Fv=60N×54km/h= 60N×15m/s=900W。(2) 方法一: 车实 际 获 得 的 机 械 功 率 P机 = 700W/m2×6.5m2×20%×90%= 819W,因为819W<900W,所以方案 不合理;方法二:需要的太阳能电池板 面积S= 900W700W/m2×90%×20% ≈ 7.14m2,因为7.14m2>6.5m2,所以 方案不合理;方法三:1s内需要的太 阳 能 E需 = Pt'90%×20% = 900W×1s 90%×20%=5000J ,1s内可以获得 的太阳能E获=700W/m2×6.5m2× 1s=4550J,因为4550J<5000J,所 以方案不合理。 12. (1) 可再生 (2) 压力 (3) 小 (4) 越大 不能 解析:(1) 风力发电 利用的是风能,风能可以在自然界中 源源不断地得到补充,风能是取之不 尽、用之不竭的能源,所以风能是可再 生能源。(2) 由图乙知,叶片的上面 是突出的弧形,下面是平面,空气流过 时,上面的空气流速大于下面的空气 流速,上面的压强小于下面的压强,由 于叶片两面空气流速不同而产生向上 的压力差,使风叶旋转。(3) 风机叶 片质量轻、强度大、耐磨损、密度小、硬 度大,可以减小阻力影响,延长使用寿 命。(4) 由图丙知,当风速在v1和v2 之间时,风速越大,发电机的输出功率 越大;当风速大于v2时,风速增大,发 电机的输出功率不会增大。 第三节　跨学科：材料的 利用与开发 1. 绝缘体 半导体 超导 2. 串 不能 3. 半导体 磁场 4. 为零 相互排斥 5. 导体 有 相反 解析:支架A 是 导体时,闭合开关才能形成闭合回路; 闭合开关,线圈开始转动,说明磁场对 线圈有力的作用,使线圈的运动状态 发生改变;当仅调换磁体的磁极时,磁 场方向改变,线圈的受力方向发生改 变,所以线圈转动方向与原转动方向 相反。 6. A 不可以 解析:半导体二极管 具有单向导电性,即仅允许电流由一 个方向通过元件,也就是正电压加在 P型半导体元件上,负电压加在N型 半导体元件上。由题图可知,靠近A 陶瓷片的电流方向是N→P,靠近B 陶瓷片的电流方向是P→N,由于在 电流方向是P→N的地方放热,因此 下端B 陶瓷片应是半导体元件放热 的地方。在靠近上方A 陶瓷片处,电 流方向是N→P,吸热,因此靠近电脑 发热体的是A 陶瓷片。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,放热的地方 恒定保持放热状态,故不可以使用交 流电源。 7. A 解析:不容易导电的物体叫绝 缘体,绝缘体不容易导电,但能够带 电,A正确;金属能够导电是因为内部 有大量自由电子,但并不是电子都能 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 16 自由移动,B错误;容易导电的物体是 导体,不容易导电的物体是绝缘体,C 错误;绝缘体不易导电是因为绝缘体 内几乎没有自由移动的电荷,D错误。 8. C 解析:适合做电工钳柄外套的 是绝缘体,废铜、废铁是导体,橡胶是 绝缘体,A、B不符合题意,C符合题 意;废纸壳在受力的情况下容易变形 而遭到破坏,不耐用,而且遇到明火容 易被引燃,所以不适合做电工钳柄外 套,D不符合题意。故选C。 9. D 解析:硅是最常见的半导体材 料,半导体材料的应用促进科技日新 月异地发展,这意味着人类已经步入 了“硅器”时代。 10. D 解析:根据半导体材料的导电 性能受外界条件影响的特点,可以利 用半导体材料制成热敏电阻、光敏电 阻、压敏电阻等,故A、B、C不符合题 意;高压输电线要用性能稳定、导电良 好的导体,故D符合题意。 11. C 解析:A选项图中两个二极管 串联,而且接法一致,所以红、绿两个 灯同时亮、同时熄灭,A选项不符合题 意。B选项图中两个二极管串联,而 且接法相反,所以红、绿两个灯都不 亮,B选项不符合题意。C选项图中 两个二极管并联,而且接法相反,所以 红灯亮时绿灯不亮,绿灯亮时红灯不 亮,C选项符合题意。D选项图中两 个二极管并联,而且接法一致,所以 红、绿两个灯同时亮、同时熄灭,D选 项不符合题意。 12. D 解析:在一定条件下,石墨烯 的电阻能变为0,说明此时石墨烯是 超导体。 13. C 解析:由“在指甲盖大小的尺 寸上塞进69亿个晶体管”知,这些零 件所占空间体积极小,空间尺度在纳 米级,所以属于纳米材料。 14. B 解析:“银纳米线”的最大直径 为200nm=200×10-9m=2×10-7m, 故A错误;“银纳米线”具有优异的耐 曲挠性(可反复折叠而不留折痕),所 以可用于制作手机折叠屏,故B正 确;银具有良好的导电性,利用这种材 料制成导线可以减少电能的损耗,故 C错误;“银纳米线”具有耐曲挠性(可 反复折叠而不留折痕),则“银纳米线” 的硬度不大,故D错误。 15. 磁性 导电性(或耐磨性) 解析:如题图所示的神奇转框的原理 是柱形物的磁场对通电金属框有力的 作用,金属框左、右两边中的电流方向 相同,所处的磁场方向相反,受力的方 向相反,据此可知:构成柱形物的材料 应具有较强的磁性、较好的导电性以 及较好的耐磨性。 16. C 解析:短路前灯泡正常发光, 通过小灯泡的电流IL= P额 U额= 6W 6V= 1A,小于临界电流Ic,此时限流电阻 被短路,则通过R1 的电流为1A,A 错误。短路前限流器的功率为0,灯 泡的功率为6W,则总功率为6W,B 错误。短路前,灯泡两端的电压为其 额定电压6V,由题图乙可知,电源输 出电压的最大值为8V,则电源的内 阻r=8V-6V1A =2Ω ;短路后,限流 器内 两 电 阻 并 联,总 电 阻 R = R1R2 R1+R2= 3Ω×6Ω 3Ω+6Ω=2Ω ,此时电路 中的电流I= UR+r= 8V 2Ω+2Ω= 2A>Ic,由题图乙可知,当电路中的 电流为2A时,电源输出电压为4V, 则通过R1的电流为 4V 3Ω= 4 3A ,C正 确。短路后灯泡功率为0,限流器功 率即总功率P=U'I=4V×2A= 8W,D错误。 第二十、二十一章 整合拔尖 ［高频考点突破］ 典例1 C 解析:由图(a)可知,甲的 波长约为乙的波长的3 4 ,甲是我们能 看得见的红光,则乙可能是红外线,人 眼看不见红外线,A错误;不同频率的 两种电磁波在真空中的波速是相同 的,B错误;遥控器是利用红外线来遥 控电视机的,乙可能是红外线,C正 确;医生可以利用X射线拍片诊断病 情,D错误。 [跟踪训练] 1. D 解析:由图可知, 紫外线位于电磁波谱中可见光的外 侧,它是不可见光,A错误;电视机遥 控器用红外线来遥控,B错误;体检时 胸透用的X射线频率比无线电波高, C错误;各种电磁波在真空中的传播 速度都是相同的,都等于真空中的光 速,D正确。 典例2 D 解析:光纤通信是利用激 光来传递信息的,不是利用电信号,故 A错误;卫星通信是通过通信卫星利 用电磁波来传递信息的,只需要三颗 同步卫星均匀分布在赤道上空,就几 乎可以实现全球通信,故B错误;超 声波和次声波都属于声波,不能在真 空中传播,电磁波可以在真空中传播, 故网络通信、移动通信是利用电磁波 来传递信息的,故C错误;手机既可 以发射电磁波,又可以接收电磁波,故 D正确。 [跟踪训练] 2. A 解析:收音机的 天线通过电磁波接收广播电台发送的 信息,A正确;导航仪是利用电磁波实 现与卫星传递信息的,B错误;倒车雷 达产生并发射超声波,通过接收回波 的时间,判断与车后物体的距离,C错 误;电磁波包括各种无线电波、射线、 可见光及不可见光等,车灯发出的可 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 26 135 第三节　跨学科：材料的利用与开发 ▶ “答案与解析”见P61 1. 金属、人体等是导体,导电性能好。塑料、橡 胶等是 ,导电性能比较差。锗、硅导 电性能介于导体和绝缘体之间,常常称为 。某些物质在温度极低时,电阻会 变成零,这就是 现象。 2. 如图所示,发光二极管与定值电阻 联。闭合开关,发光二极管能发光;若将电源 正、负极对调后,闭合开关,则发光二极管 (选填“仍能”或“不能”)发光。 (第2题) (第3题) (第4题) 3. 如图所示为某智能纯电动汽车,实现该车智 能化的集成电路主要材料是 (选填 “半导体”或“超导体”),电动机转动是因为通 电导体在 中受到力的作用。 4. 2023年3月31日,国内首套高温超导电动磁 悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行。超 导好处在于达到特定温度后电阻 ,从 而获得大电流强磁场,再利用同名磁极 的现象抬起列车实现悬浮。 (第5题) 5. (2024·广东)将自制的电 动机接入电路,如图所示, 其中支架A 是 (选 填 “导 体”或 “绝 缘 体”)。闭合开关,线圈开始转动,磁场对线圈 (选填“有”或“无”)作用力。仅调换 磁体的磁极,线圈转动方向与原转动方向 。 6. 跨学科实践·社会发展 如图所示为半导体制 冷的原理图。把N型半导体元件和P型半 导体元件串联,接上直流电源后,半 导体材料的两端会产生温度差,在 电流方向是N→P的地方吸热,而在 电流方向是P→N的地方放热,则靠近电脑 发热体(CPU)的是 (选填“A”或“B”) 陶瓷片。该散热元件中的电源 (选填 “可以”或“不可以”)直接用交流电源。 (第6题) 7. 关于导体和绝缘体,下列说法正确的是 ( ) A. 绝缘体对电流的阻碍作用大,但能够带电 B. 金属能够导电,是因为金属里面的电子都 能自由移动 C. 能够导电的物体叫导体,不能导电的物体 叫绝缘体 D. 绝缘体不易导电的原因是绝缘体内没有 电子 8. (2023·赤峰)废物利用是节约资源的重要手 段。下列废物再加工后,最适合做电工钳柄 外套的是 ( ) A. 废铜 B. 废铁 C. 废橡胶 D. 废纸壳 9. 数千年来,寻找和开发新材料造福社会是人 类的核心追求之一。半导体材料的应用促进 科技日新月异地发展,这意味着人类已经步 入了 ( ) A. 石器时代 B. 青铜器时代 C. 铁器时代 D. “硅器”时代 10. 下列不能用半导体材料制作的是 ( ) A. 热敏电阻 B. 光敏电阻 C. 压敏电阻 D. 高压输电线 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第二十一章　能源、材料与社会 136 11. 青少年科技创新材料中有一种变光二极管, 电流从其P 端流入时发红光,从其Q 端流 入时发绿光,奥秘在于其内部封装有一红一 绿两个发光二极管,发光二极管具有单向导 电性,其符号为 ,当电流从“+”极流入 时二极管能通电且发光,当电流从“-”极流 入时二极管不能通电且不发光,则该变光二 极管的内部结构可能是下列图中的 ( ) A. B. C. D. 12. 我国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 13. 某芯片能够“在指甲盖大小的尺寸上塞进69 亿个晶体管”,实现了性能与能效提升的新 突破,这都得益于一种新型材料的研发。这 种新型材料是 ( ) A. 超导材料 B. 磁性材料 C. 纳米材料 D. 绝缘材料 14. “银纳米线”的直径在10~200nm之间,除 了具有银的相关属性之外,还具有优异的导 电性、透光性和耐曲挠性(可反复折叠而不 留折痕),被视为新的透明电极材料。下列 关于这种材料的说法正确的是 ( ) A. “银纳米线”最大直径为2×10-8m B. “银纳米线”可用于制作手机折叠屏 C. “银纳米线”不能用来制作导线 D. “银纳米线”的硬度很大 (第15题) 15. 跨学科实践·工程实践 如 图 所示为某兴趣小组制作的 神奇转框,框的上部中央与 电池正极相连,下部紧贴在 与电池负极相连的柱形物 两侧,金属框就可以绕电池持续转动。据 此,你认为构成柱形物的材料应具有较好 的 、 。(选填物理属性) 16. 跨学科实践·社会发展 高温超导限 流器是一种短路故障电流限制装 置,超导限流器由超导部件和限流 电阻并联组成,如图甲所示。超导部件R1 有一个超导临界电流Ic,当通过超导限流器 的电流I>Ic时,将造成超导体失超,从超 导态(本题认为电阻为零)转变为正常态(本 题认为是一个纯电阻),以此来限制电力系 统的故障电流。已知超导部件的正常电阻 R1=3Ω,超导限流器临界电流Ic=1.2A, 限流电阻R2=6Ω,小灯泡L上标有“6V 6W”的字样,电路中使用的电源输出电压U 随电流I发生变化,其U-I图像如图乙所 示。原来灯泡正常发光,现L突然发生短 路,则下列说法正确的是 ( ) (第16题) A. 短路前通过R1的电流为 2 3A B. 短路前限流器和灯泡的总功率为8W C. 短路后通过R1的电流为 4 3A D. 短路后限流器和灯泡的总功率为6W 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级