5.5 新材料及其应用（高效培优讲义）物理沪粤版2024八年级上册

本初中物理讲义聚焦纳米、半导体、超导材料的特性及应用这一核心知识点，系统梳理纳米材料的尺寸效应（如隐形飞机涂层、墨的低反射率）、半导体的单向导电性（如电子设备元件）、超导材料的零电阻特性（如节能输电），搭建新材料知识学习支架。 资料通过重难题型讲解（如纳米陶瓷应用典例）、能力培优练及中考链接设计，以具体实例培养学生物理观念（物质观念）和科学思维（科学推理），体现科技与社会联系（如我国超导研究），课中辅助教学，课后助力学生查漏补缺。

第5节 新材料及其应用 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 1 【能力培优练】 3 【链接中考】 6 【重难题型讲解】 题型1 纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 1．纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 纳米材料的特性及其应用 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。例如，纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；碳纳米管的强度是钢的上百倍；纳米磁性材料的磁记录密度比普通磁性材料高十倍以上；纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度大几千倍。 其实，中国书法与绘画的“文房四宝”中的墨就是纳米材料。当我们让桐油或松油不完全燃烧，并将黑烟生成的大量超微粒炭收集起来，便可以制成墨。墨的黑色是因为它主要吸收光或有些电磁波的能量，而反射率非常低。 半导体材料的特性及其应用 科学研究告诉我们：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。用半导体材料制成的晶体二极管具有单向导电的特性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流反方向通过。 在日常生活中，电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、计算机，以及现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机等，都要应用各种半导体元器件。 超导材料的特性及其应用 1911年，荷兰物理学家昂内斯(H.Onnes,1853—1926)在做冷冻汞的实验中发现：当温度降至4.2K(相当于-269℃)时，汞的电阻会突然接近于零，电流几乎通行无阻。材料的这种特性称为超导性。现在，世界各国的许多科学家都在研究和开发新的超导材料，并向着常温超导的方向努力。我国研制的铜氧化物超导材料的零电阻温度已达到134K,铁基超导体临界温度率先突破40K,均处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可大大节约能源和材料。 【典例1-1】把很多二极管、三极管和电阻等电子元件做在芯片上，就成了集成电路。某些物质在温度很低时， 变为零，这就是超导现象。随着科技的进步，未来的电子元件如果用 材料来制作，由于没有电阻，不必考虑散热问题，就可以实现电子设备的微型化。 【答案】电阻 超导 【解析】当导体温度降低到某一临界值时，其电阻会突然消失，电阻变为零，这种现象称为超导现象。 具有零电阻特性的材料为超导材料，因此用超导材料制作电子元件没有电阻。 【典例1-2】纳米陶瓷作为高科技材料应用广泛，它具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防浸透、完全无磁性等特点。下列技术不能应用纳米陶瓷的是（ ） A．菜刀 B．“嫦娥六号”外表涂层 C．公交IC卡 D．装浓硫酸的容器 【答案】C。 【解析】A．菜刀需要耐磨耐腐蚀等特点，可以利用纳米陶瓷制作，故A不符合题意； B．“嫦娥六号”外表涂层，需要物质具有耐高温、耐磨等特点，可以使用纳米陶瓷制作，故B不符合题意； C．公交IC卡芯片，需要具有磁性的材料制作，而纳米陶瓷完全无磁性，不可以使用纳米陶瓷制作。故C符合题意； D．装浓硫酸的容器，需要具有耐腐蚀的特征，故D符合题意。 故选 C。 跟踪训练1 科技的自立自强是国家发展的战略支撑，图中是我国企业自主研发的一款芯片。芯片是指含有集成电路的硅单晶片，芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【解析】半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。题干中提到芯片的主要材料是硅，而硅是典型的半导体材料。集成电路正是利用半导体的特性来制造的，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 跟踪训练2 当材料微粒的尺寸缩小到m时，其性质与宏观尺度的材料相比会发生显著变化。我们把使用该方法制成的材料统称为（ ） A．复合材料 B．纳米材料 C．半导体材料 D．超导体材料 【答案】B 【解析】当材料微粒的尺寸缩小到10-9m即1nm时，其性质会发生显著变化，这种材料叫纳米材料，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 跟踪训练3 发光二极管是一种电子元件，简称LED，它是一种常用的发光器件，在照明领域应用广泛。发光二极管是由 材料制成的；它的两根引脚中较长的为正极，较短的为负极，具有 导电性。 【答案】半导体 单向 【解析】LED灯是新型节能灯，它的核心元件发光二极管是由半导体材料制成的。 在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出，当电流从较长的接线脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其发光，如果电流从较短接线脚流入，二极管将不发光，处于断路状态。说明二极管的单向导电性。 【能力培优练】 1．“新材料”是相对于传统材料而言的，新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是（ ） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．“超导材料”可以应用于任何用电器并使其效率提高 D．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于新材料 【答案】C 【解析】A．纳米是很小的长度单位，“纳米材料”是几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料，故A正确，不符合题意； B．“半导体材料”具有一些特殊的电学性质，广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片，故B正确，不符合题意； C．“超导材料”的电阻为零，不会产生热量，不能用于制作利用电流热效应工作的电器，故C错误，符合题意； D．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”相对传统材料而言，都属于新材料，故D正确，不符合题意。 故选C。 2．如图是某折叠屏手机，它采用可折叠柔性内屏，具有可折叠、耐磨、防水、回弹性好等特点。以下关于柔性屏的物理属性中描述错误的是（ ） A．韧性好 B．吸水性好 C．耐磨性好 D．透光性好 【答案】B 【解析】柔性屏具有可折叠、耐磨、防水、回弹性好等特点，其韧性好，耐磨性好，透光性好，吸水性差，故ACD正确，不符合题意，B错误，符合题意。 故选B 3．2023年8月29日，搭载某款芯片的新型手机发布。此芯片有自主知识产权，彰显了我国科技实力的再度崛起，为我国整个科技产业注入了信心和动力。根据所学物理知识可知，制造芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．半导体 C．纳米材料 D．超导体 【答案】B 【解析】半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，制造芯片的主要材料是半导体，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 4．研究表明，导体的电阻跟温度有关，在温度降低到一定程度时，有些导体的电阻会接近于零，就称它们为（ ） A．半导体 B．超导体 C．晶体管 D．纳米材料 【答案】B 【解析】某些材料，当温度降低到一定程度时，其电阻会为零，这就是超导现象，导体的电阻跟温度有关，在温度降低到一定程度时，有些导体的电阻会接近于零，就称它们为超导体，故B符合题意；ACD不符合题意。 故选B。 5．现在的宝妈妈对宝宝使用的物品都是要求好的，宝宝喝奶用的奶瓶是纳米抗菌奶瓶，那么纳米抗菌奶瓶采用的是（ ） A．纳米技术 B．记忆合金 C．绿色能源 D．石墨烯 【答案】D 【解析】生活中，纳米抗菌奶瓶采用的是纳米技术，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6．发光二极管具有单向导电性，它的核心材料是（ ） A．导体 B．超导体 C．绝缘体 D．半导体 【答案】D 【解析】发光二极管（LED）的核心材料是半导体。半导体具有单向导电性，即电流只能从正极流向负极，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 7．纳米技术，也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。100纳米= 米，我们 （选填“能”或“不能”）用直尺直接测量出100纳米的长度。 【答案】 1×10-7 不能 【解析】1mm=1×10-9m 则100mm=100×10-9m1mm=1×10-7m 常见的直尺的分度值为0.1cm=1mm=106nm，远大于100纳米，所以不能用直尺直接测量出100纳米的长度。 8．华为麒麟芯片是华为海思自主研发的芯片之一，是业界领先的智能手机芯片，该芯片所用的主要材料为 （选填“半导体”或“超导体”）。 【答案】半导体 【解析】半导体材料是指介于导体和绝缘体之间的一类材料，其导电性能可以受到外部环境的影响而发生变化，这使得它可以被用于制造各种类型的传感器，目前制作芯片的主要材料是硅、锗等，它们的导电性介于导体和绝缘体之间，属于半导体材料。 9．我们教室里用的希沃电子白板的开关键会发出蓝色或红色的光，这是因为开关键内安装了用 材料制成的发光二极管；科学家发现，铝在-271.76℃以下时，电阻变成了0，这就是 现象。 【答案】半导体 超导 【解析】发光二极管是用半导体材料制成的。 当降到一定温度时，导体的电阻变为零，叫做超导现象。 10．如图所示，物理课上，老师将-196℃的液氮倒入装有超导物质的盒中，超导物质降低到一定温度后电阻变为 ，这就是超导现象；同时，超导物质产生抗磁性从而悬浮在磁体轨道上。 【答案】0 【解析】电阻为零的现象称为超导现象；则当超导物质温度降低到一定温度时，导体的电阻就会突然变为零。 【链接中考】 1．（2025·辽宁·中考真题）我国自主研发的IGBT芯片是高铁强劲有力的心脏。制造芯片的硅材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【解析】硅材料的导电性能介于导体与绝缘体之间，是半导体，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 2．（2025·福建·中考真题）空间站中，发光二极管为金鱼藻提供光照，其主要材料属于（ ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 【答案】B 【解析】发光二极管，也就是LED，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能，LED的核心是一个半导体晶片，其主要材料为半导体材料。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．（2024·广西·中考真题）关于超导材料，下列说法正确的是（ ） A．是绝缘体材料 B．是半导体材料 C．常温常压下电阻为零 D．用来输电可减少电能损耗 【答案】D 【解析】ABC．现今超导材料需要在很低的温度才能实现超导，超导材料是一种电阻为零的材料，不是绝缘体，也不是半导体，故ABC错误； D．超导体电阻为零，电能不会转化为内能，能够减少电能在传输过程中的消耗，故D正确。 故选D。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 新材料及其应用 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 1 【能力培优练】 3 【链接中考】 6 【重难题型讲解】 题型1 纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 1．纳米、半导体、超导材料的特性及其应用 纳米材料的特性及其应用 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。例如，纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；碳纳米管的强度是钢的上百倍；纳米磁性材料的磁记录密度比普通磁性材料高十倍以上；纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度大几千倍。 其实，中国书法与绘画的“文房四宝”中的墨就是纳米材料。当我们让桐油或松油不完全燃烧，并将黑烟生成的大量超微粒炭收集起来，便可以制成墨。墨的黑色是因为它主要吸收光或有些电磁波的能量，而反射率非常低。 半导体材料的特性及其应用 科学研究告诉我们：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。用半导体材料制成的晶体二极管具有单向导电的特性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流反方向通过。 在日常生活中，电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、计算机，以及现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机等，都要应用各种半导体元器件。 超导材料的特性及其应用 1911年，荷兰物理学家昂内斯(H.Onnes,1853—1926)在做冷冻汞的实验中发现：当温度降至4.2K(相当于-269℃)时，汞的电阻会突然接近于零，电流几乎通行无阻。材料的这种特性称为超导性。现在，世界各国的许多科学家都在研究和开发新的超导材料，并向着常温超导的方向努力。我国研制的铜氧化物超导材料的零电阻温度已达到134K,铁基超导体临界温度率先突破40K,均处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可大大节约能源和材料。 【典例1-1】把很多二极管、三极管和电阻等电子元件做在芯片上，就成了集成电路。某些物质在温度很低时， 变为零，这就是超导现象。随着科技的进步，未来的电子元件如果用 材料来制作，由于没有电阻，不必考虑散热问题，就可以实现电子设备的微型化。 【典例1-2】纳米陶瓷作为高科技材料应用广泛，它具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防浸透、完全无磁性等特点。下列技术不能应用纳米陶瓷的是（ ） A．菜刀 B．“嫦娥六号”外表涂层 C．公交IC卡 D．装浓硫酸的容器 跟踪训练1 科技的自立自强是国家发展的战略支撑，图中是我国企业自主研发的一款芯片。芯片是指含有集成电路的硅单晶片，芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 跟踪训练2 当材料微粒的尺寸缩小到m时，其性质与宏观尺度的材料相比会发生显著变化。我们把使用该方法制成的材料统称为（ ） A．复合材料 B．纳米材料 C．半导体材料 D．超导体材料 跟踪训练3 发光二极管是一种电子元件，简称LED，它是一种常用的发光器件，在照明领域应用广泛。发光二极管是由 材料制成的；它的两根引脚中较长的为正极，较短的为负极，具有 导电性。 【能力培优练】 1．“新材料”是相对于传统材料而言的，新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是（ ） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．“超导材料”可以应用于任何用电器并使其效率提高 D．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于新材料 2．如图是某折叠屏手机，它采用可折叠柔性内屏，具有可折叠、耐磨、防水、回弹性好等特点。以下关于柔性屏的物理属性中描述错误的是（ ） A．韧性好 B．吸水性好 C．耐磨性好 D．透光性好 3．2023年8月29日，搭载某款芯片的新型手机发布。此芯片有自主知识产权，彰显了我国科技实力的再度崛起，为我国整个科技产业注入了信心和动力。根据所学物理知识可知，制造芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．半导体 C．纳米材料 D．超导体 4．研究表明，导体的电阻跟温度有关，在温度降低到一定程度时，有些导体的电阻会接近于零，就称它们为（ ） A．半导体 B．超导体 C．晶体管 D．纳米材料 5．现在的宝妈妈对宝宝使用的物品都是要求好的，宝宝喝奶用的奶瓶是纳米抗菌奶瓶，那么纳米抗菌奶瓶采用的是（ ） A．纳米技术 B．记忆合金 C．绿色能源 D．石墨烯 6．发光二极管具有单向导电性，它的核心材料是（ ） A．导体 B．超导体 C．绝缘体 D．半导体 7．纳米技术，也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。100纳米= 米，我们 （选填“能”或“不能”）用直尺直接测量出100纳米的长度。 8．华为麒麟芯片是华为海思自主研发的芯片之一，是业界领先的智能手机芯片，该芯片所用的主要材料为 （选填“半导体”或“超导体”）。 9．我们教室里用的希沃电子白板的开关键会发出蓝色或红色的光，这是因为开关键内安装了用 材料制成的发光二极管；科学家发现，铝在-271.76℃以下时，电阻变成了0，这就是 现象。 10．如图所示，物理课上，老师将-196℃的液氮倒入装有超导物质的盒中，超导物质降低到一定温度后电阻变为 ，这就是超导现象；同时，超导物质产生抗磁性从而悬浮在磁体轨道上。 【链接中考】 1．（2025·辽宁·中考真题）我国自主研发的IGBT芯片是高铁强劲有力的心脏。制造芯片的硅材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 2．（2025·福建·中考真题）空间站中，发光二极管为金鱼藻提供光照，其主要材料属于（ ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 3．（2024·广西·中考真题）关于超导材料，下列说法正确的是（ ） A．是绝缘体材料 B．是半导体材料 C．常温常压下电阻为零 D．用来输电可减少电能损耗 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $