21.3 跨学科：材料的利用与开发 巩固练习-2025-2026学年沪科版物理九年级全一册

21.3跨学科:材料的利用与开发 学校:_姓名:_班级:_考号:_ 一、单选题 1.我国某科技公司首次推出的聚砜(f ng)材料。该材料具备耐高温、绝缘性、耐化学腐蚀、高强度和耐磨等特性。下列物体不适合用该材料制作的是( ) A.高温蒸汽消毒盒 B.手机的保护壳 C.稀盐酸瓶 D.试电笔的电极 2.我国自主研发的C919大型商用客机采用了极轻的新型复合材料。“极轻”反映了这种材料的( ) A.熔点低 B.弹性弱 C.硬度小 D.密度小 3.“望舒之辇”是清华大学载人月球车的设计方案。该方案月球车需适应月表环境,推测采用航天级合金或复合材料以减轻重量并保证结构强度,如图所示,关于这些材料的特点说法不正确的是( )。 A.密度小 B.熔点高 C.质量小 D.抗压强 4.近年来,我国航天事业取得了辉煌成就。为了让航天器减小质量,使之更轻巧,部分构件采用碳纤维复合材料。由此可知,碳纤维复合材料具有的特性是( ) A.密度大 B.弹性强 C.密度小 D.硬度小 5.如图所示,某品牌手机屏幕是一种钢化玻璃,具有高强度、高耐摔、高透光等特点,用它制造的手机屏幕超轻、超薄、超硬、超清晰,下列说法中正确的是( ) A.能做手机屏幕,是因为这种材料是导体 B.手机屏幕超清晰,是利用了光的反射来显示画面 C.手机屏幕超轻,是因为这种材料的密度较小 D.手机屏幕超硬,是因为这种材料不会发生形变 6.陶瓷纳米纤维气凝胶用于航空航天领域可减轻飞行器的自身重量,增加有效载荷。这主要是利用它的哪个属性( ) A.耐高温 B.导热性好 C.密度小 D.绝缘性好 7.关于信息,能源和材料,下列说法正确的是( ) A.利用声波和电磁波传递信息时都需要介质 B.核电站是把化学能转化为电能 C.笔记本电脑外壳多采用优质的ABS工程材料主要利用这种材料磁性强的特性 D.家用太阳能集热器通过吸热板吸收太阳能并转化为内能给水加热 8.快递常选用泡沫做包装,这是因为泡沫( ) A.不导电 B.硬度大 C.体积少 D.密度小 9.物理知识与生活联系非常紧密,下列说法正确的是( ) A.图甲中,房间里的空调安装在上面,是因为冷空气的密度小 B.图乙中,航空器材常采用高强度、高密度的合金材料 C.图丙中,把风车放在点燃的酒精灯上方,风车能转动起来,是因为空气受热密度变大 D.图丁中,海上风力发电机的叶片采用了密度小、耐腐蚀的碳纤维材料 10.生活中常用铁锅炒菜,下列有关铁的特性与选用无关的是( ) A.导热性好 B.密度大 C.熔点高 D.比热容小 二、填空题 11.我国的航天事业处于世界领先水平,从地球同步通信卫星到鹊桥中继星的研发与应用,从载人航天到空间站建设,从嫦娥探月到天问一号探访火星,这些都离不开火箭发射。火箭在发射过程中要穿越稠密的大气层,为此,搭载航天器的火箭要求外壳轻巧、耐高温。火箭外壳材料应具有的物理属性是密度 、熔点 ;如图所示,火箭点火后,高温、高压气体从火箭喷口向下喷出,同时推动火箭腾空而起,说明物体间力的作用是 ;火箭在推力作用下加速上升,说明力可以改变物体的 。 12.如图甲,是唐代张萱《捣练图》中仕女用熨斗(古代亦称“火斗”)熨烫布匹的部分截图,丝绸面料由两人悬空拉展用高温熨平衣物,是通过 的方式改变物体内能的。如图乙,“火斗”在使用时要水平推移,为了更省力应将手放置在位置 (选填“柄环左侧”或“柄环右侧”)。如图丙,宋朝将金属手柄改为木把,是由于木头具有 (选填“密度小”“绝缘性好”或“隔热性强”)的物理属性。 13.不同物质的物理属性一般不同,手持陶瓷勺子一端,另一端在酒精灯上加热,手不感觉烫是因为陶瓷的 差,黄金可以锻制成薄如蝉翼的金箔是因为黄金 好,大型盾构机刀头不仅 大,而且非常耐磨。 14.小明参加社团选用白钢材质篆刻刀,篆刻刀能在物体上留下划痕是因为白钢 大,其刀刃被磨得非常锋利,是通过 来增大压强。 15.人工智能的发展离不开芯片的研发,通常说的芯片的性能高是指相同条件消耗更少的电能,提高性能主要是指提高了芯片的 。(选填“导电性”或“导热性”) 三、实验题 16.上海虽然属于沿海地区,可海滨沙滩却极少,金山城市沙滩作为上海第一个滨海4A级景区,如图(a),满足了上海人想要一片沙滩的期望。 (1)盛夏时节,烈日暴晒下的沙滩和海水的温度都会升高,这是 现象。 (2)白天,赤脚漫步在海滩,感受到沙子很烫,而穿着拖鞋踩在炽热的沙子上,感觉不到烫脚,说明拖鞋的 性不强。为了比较不同物质的这种性质,用如图(b)装置做实验。需控制木棒和铜棒的长度和 相同,用易熔化的凡士林把牙签粘贴在木棒和铜棒上与O距离相同的位置,用同一酒精灯加热金属支架A端。 四、综合题 17.南京金箔锻制技艺是我国第一批国家级非物质文化遗产。现有一块面积为0.5cm2、厚度为4mm的金板, 金=19.3 103kg/m3。 (1)金箔锻制的手工技艺可以让金块变为金箔,这说明黄金的 性好。 (2)金板的质量是多少克 ? (3)若将其锻制成厚度为0.2 m的金箔,面积是原来的多少倍 ? 18.清明节小明一家外出旅游,爸爸驾驶轿车途中经过一座大桥,轿车质量为2t,乘客总质量为500kg,如图所示。请你根据所学知识,回答下列问题: (1)车辆和乘客的总质量为多少kg? (2)行驶过程中轿车对桥面的压力为多少N? (3)桥面材料需要具备哪些物理属性?(至少2个) 19.盾构机能实现全自动挖掘隧道,是名副其实的大国重器。20世纪50~90年代,我国盾构机技术处于依赖进口阶段,经过几代科技工作者的努力,中国已是全球盾构机科技的领先者。如图,盾构机的结构可分为三大部分,前面是刀盘,中间是传送带与输送机,后面由隧道管片架收尾。 (1)刀盘是一个布满刀片的巨大圆形钢盘,不停地旋转切割,工作时可以根据不同的地质情况切换合适的刀片。刀片通常由钨钢材料制成,因为钨钢具有较强的_; A.硬度 B.导电性 C.弹性 D.磁性 (2)刀盘后面有一排液压千斤顶,使刀盘能够向前推进。在不断推进与震动下,旋转的刀盘带动密集锋利的刀片,源源不断地剥落碎石泥土,再由输送机把挖出来的碎石泥土传送至后面的传送带。若输送机每分钟可排出2m3的泥土,10分钟内将排出的泥土提升30m,需要克服泥土的重力做功为 J;( 泥土=1.8 103kg/m3,g取10N/kg) (3)研究表明:增加刀盘的直径在一定程度上可提高盾构机的工作效率。比如:面积的增加意味着在相同的时间和转速下,能够切削更多的土体,从而加快隧道挖掘的进度。但刀盘直径并非越大越好,请从物理角度分析,当刀盘直径过大时会带来哪些不良影响: ;(写出一条即可) (4)某刀盘的直径16.07m,以0.8m/s的速度匀速转动。从物理学的角度看,刀盘的运动状态是在不断改变的,这样判断的理由是 ; (5)刀盘的转动通过电动机来驱动,可使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。物理小组的同学模拟驱动电机设计了一个电路,只需再添加一根导线,就可以使电动机在人的操作下既能正转,也能反转。请在图中用笔画线代替导线将电路连接完整 ; (6)电动机带动刀盘切割时噪声很大,写出一条减弱噪声的合理措施: 。 学科网(北京)股份有限公司 《21.3跨学科:材料的利用与开发》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D D C C C C D D D B 1.D 【详解】A.高温蒸汽消毒盒需要耐高温,适合用该材料制作,故A不符合题意; B.手机保护壳需要高强度、耐磨,适合用该材料制作,故B不符合题意; C.稀盐酸瓶需要耐化学腐蚀,适合用该材料制作,故C不符合题意; D.试电笔的电极需要导电性,但聚砜材料具有绝缘性,无法导电,不适合制作试电笔的电极,故D符合题意。 故选D。 2.D 【详解】“极轻”是指体积一定时,材料的质量小,反映了这种材料的密度小,与材料的熔点、弹性、硬度无关,故D符合题意,ABC不符合题意。 故选D。 3.C 【详解】A.在体积一定的情况下,材料的密度越小,其质量就越小。所以采用密度小的材料可以减轻月球车的重量,故A正确,不符合题意; B.月球表面环境复杂,白天温度极高,夜晚温度极低。为了保证月球车在高温环境下能够正常工作,其使用的材料需要具有较高的熔点,这样才能在高温下不熔化,保证月球车的结构和功能不受影响。故B正确,不符合题意; C.质量是物体所含物质的多少,它是物体本身的一种属性,不随物体的形状、状态、位置的改变而改变。材料的质量大小取决于材料的密度和体积,不能简单地说材料本身具有质量小的特点。采用航天级合金或复合材料是为了减轻月球车的质量,这是通过选择密度小的材料,在相同体积下使月球车整体质量减小,而不是材料本身质量小,故C错误,符合题意; D.月球表面地形复杂,存在各种坑洼、岩石等障碍物,月球车在行驶过程中会受到各种压力和冲击。为了保证月球车在复杂的地形条件下能够正常行驶,不发生变形或损坏,其使用的材料需要具有较高的抗压强度,故D正确,不符合题意。 故选C。 4.C 【详解】由题意可知,碳纤维复合材料具有的特性是密度小,在体积一定的情况下,质量较小,故C符合题意,ABD不符合题意。 故选C。 5.C 【详解】A.某品牌手机屏幕是一种钢化玻璃,玻璃不容易导电,是绝缘体,故A错误; B.手机屏幕超清晰,是利用了该玻璃高透光的特点,不是光的反射,故B错误; C.手机屏幕超轻,表明其在同等体积下质量更小,即密度较小,故C正确; D.手机屏幕超硬,是因为这种材料不容易发生形变,但不是不会发生形变,故D错误。 故选C。 6.C 【详解】由题意知,陶瓷纳米纤维气凝胶用于航空航天领域可减轻飞行器的自身重量,增加有效载荷。在体积一定时,密度越小,物体的质量越小,这主要是利用了它的密度小的特性,故C符合题意,ABD不符合题意。 故选C。 7.D 【详解】A.声波的传递需要介质,电磁波不需要介质,故A错误; B.核电站通过核的裂变,将核能转化为电能的,故B错误; C.ABS是一种非磁性塑料,它本身并不含有磁性成分,故C错误; D.家用太阳能集热器是通过吸热板吸收太阳能并转化为内能来给水加热的,即将太阳能转化为内能,故D正确。 故选D。 8.D 【详解】A.在快递运输过程中,对于包装材料是否导电一般没有特殊要求。快递包装主要是为了保护物品在运输过程中不受损坏,故A不符合题意; B.快递包装需要材料具有一定的柔韧性和缓冲性,以保护物品,所以硬度大不是快递选用泡沫做包装的原因,故B不符合题意; C.泡沫是一种多孔材料,其内部有很多空隙,相同质量的泡沫体积通常比较大。故C不符合题意; D.密度是指物质单位体积的质量,公式为。泡沫的密度小,根据公式可知,在相同体积的情况下,泡沫的质量较轻。这样在快递运输过程中,既可以减轻整个包裹的重量,降低运输成本,又能利用泡沫的多孔结构,在受到外力时发生形变,起到缓冲作用,保护被包装的物品不受损坏,故D符合题意。 故选D。 9.D 【详解】A.房间里的空调安装在上面,是因为冷空气密度大,会向下流动,热空气密度小,会向上流动,从而形成对流,使房间内温度均匀,故A错误; B.航空器材需要质量小、强度高,根据密度公式,在体积一定时,密度小的材料质量小,所以常采用高强度、低密度的合金材料,故B错误; C.把风车放在点燃的酒精灯上方,风车能转动起来,是因为空气受热体积膨胀,密度变小,热空气会向上流动,从而推动风车转动,故C错误; D.海上风力发电机的叶片需要质量小、耐腐蚀,碳纤维材料具有密度小、耐腐蚀的特点,所以采用了这种材料,故D正确。 故选D。 10.B 【详解】A.导热性好是铁锅炒菜的重要特性。铁的导热性良好,能够迅速将热量传递到锅内的食物,使食物受热均匀,减少烹饪时间,保证食物的营养成分不被过度破坏,与选用铁锅炒菜密切相关,故A不符合题意; B.密度大这一特性与铁锅炒菜的功能和效果关系不大。密度主要影响物体的重量和体积等方面,而在炒菜过程中,铁的密度大并不能直接带来烹饪上的优势或影响,不是选用铁锅的关键因素,故B符合题意; C.铁的熔点高使得铁锅在炒菜时能够承受高温而不轻易熔化变形。可以在高温烹饪的过程中保持锅的形状和结构完整性,确保炒菜过程的顺利进行,与铁锅的选用有关,故C不符合题意; D.比热容小意味着铁在吸收相同热量时温度升高较快,能快速达到烹饪所需的温度,并且在关火后温度下降也快,便于控制烹饪的火候和时间,对炒菜有重要作用,与选用铁锅有关,故D不符合题意。 故选B。 11. 小 高 相互的 运动状态 【详解】[1][2]火箭要求外壳轻巧、耐高温,因此,火箭外壳材料应具有的物理属性是密度小,这样在相同体积下,质量更轻,满足 “轻巧” 的要求; 熔点高,能承受穿越大气层时产生的高温,满足 “耐高温” 的要求。 [3]火箭向下喷出气体,气体同时给火箭一个向上的反作用力,推动火箭升空,说明物体间力的作用是相互的。 [4]火箭在推力作用下加速上升,速度大小和运动方向发生改变,说明力可以改变物体的运动状态。 12. 热传递 柄环右侧 隔热性强 【详解】[1]用高温熨平衣物时,衣物吸收热量,是通过热传递方式改变物体内能的。 [2]“火斗”在使用时水平推移,可视为一个杠杆,支点为“火斗”与地面的接触点,根据杠杆的平衡条件可知为了省力,需要增大动力臂,因此手应放在柄环右侧,远离支点的一侧。 [3]金属手柄导热性强,容易烫手,而木头隔热性强,能阻止热量传递到手部。 13. 导热性 延展性 硬度 【详解】[1]导热性是指物质传导热的能力。陶瓷导热性差,当陶瓷勺子一端在酒精灯加热时,热不容易快速传递到另一端,所以手不感觉烫。 [2]延展性是物质的一种物理属性,指材料在受力时能产生显著变形而不破裂的性质。黄金具有良好的延展性,所以可以锻制成很薄的金箔。 [3]硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。大型盾构机刀头工作时要面对坚硬的岩石等,需要硬度大,才能保证刀头不易损坏,且耐磨 。 14. 硬度 减小受力面积 【详解】[1]材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度,篆刻刀能在物体上留下划痕,说明白钢抵抗被其他物体压入其表面的能力强,也就是白钢的硬度大。 [2]刀刃被磨得非常锋利,与物体接触时则受力面积较小,是在压力一定时通过减小受力面积的方式增大压强。 15.导电性 【详解】芯片性能好坏很大程度取决于芯片中电子的“奔跑速度”,电子在材料中跑得越快,数据处理就越高效,设备能耗就越低。研发高性能芯片的关键在于寻找让电子能够“畅行无阻”的材料,导电性更好,有助于提高信号传输速度和减少功率损耗。因此,提高芯片性能主要是提高了芯片的导电性。 16.(1)热传递 (2) 导热 粗细 【详解】(1)盛夏时节,太阳温度高,沙滩和海水的温度低,在烈日暴晒下,热量从温度高的物体向物体低的物体传递,能量发生了转移,这是热传递现象。 (2)[1]导热性差的材料不易传递热量,拖鞋不烫脚,说明拖鞋的导热性不强。 [2]比较不同物质的这种性质,需要采用控制变量法,控制木棒和铜棒的长度和粗细(或横截面积)相同,确保只有材料不同。 17.(1)延展 (2)3.86g (3)20000 【详解】(1)金箔锻制过程中黄金被延展成薄片,说明其具有优良的延展性。 (2)金板的体积为 金板的质量为 (3)原厚度 新厚度 由可知,则 即若将其锻制成厚度为0.2 m的金箔,面积是原来的20000倍。 18.(1)2500kg (2)25000N (3)见解析 【详解】(1)车辆和乘客的总质量为 (2)行驶过程中轿车对桥面的压力等于轿车的重力,为 (3)桥面材料需要能够承受较大的压力,能够长时间使用,因此应具备硬度大、抗压性强、耐久性好、耐磨性好等物理属性。 19.(1)A (2)1.08 107 (3)见详解 (4)见详解 (5) (6)见详解 【详解】(1)为便于在硬岩地层进行挖掘,盾构机的刀盘一般采用硬度较大的材料制成。 故选A。 (2)由可得,每分钟排出泥土的质量m泥土= 泥土V=1.8 103kg/m3 2m3=3600kg 每分钟排出泥土的重力G泥土=m泥土g=3600kg 10N/kg=3.6 104N 10min克服泥土重力做的功W=G泥h=3.6 104N 30m 10=1.08 107J (3)当刀盘直径过大时在相同的时间和转速下,能够切削更多的土体,需要盾构推进机的功率更大。 (4)某刀盘匀速转动时,刀盘的运动方向一直在改变,所以刀盘的运动状态是在不断改变的。 (5)电动机在人的操作下既能正转,也能反转,这表明不同的开关闭合时,通过电动机的电流方向是不同的,故要利用两个单刀双掷开关来改变电路中的电流方向,电路图如图所示: (6)电动机带动刀盘切割时噪声很大,戴防噪耳塞可以减弱噪声。 学科网(北京)股份有限公司 $