21.3 跨学科：材料的利用与开发 随堂同步练习-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.如图所示,将瓷勺的勺头加热一段时间可点燃火柴头,而勺柄不烫手,说明瓷的( ) A.导热性差 B.延展性差 C.隔热性差 D.导电性差 2.如果某种超导材料能应用于实际,最适合用来制作( ) A.电炉丝 B.输电导线 C.小灯泡灯丝 D.变阻器的电阻丝 3.如图所示的虎头连帽围巾是亚冬会的一种特许商品。连帽围巾内加有的石墨烯材料能迅速将热向四周扩散,实现同步升温,给游客们带来科技感十足的保暖体验,由此可知石墨烯具有很强的( ) A.导热性 B.导电性 C.弹性 D.延展性 4.西安交通大学科研团队研究出一种新型陶瓷材料,弹性好、韧性好(不易断裂)、耐高温、隔热性好,这种材料不适宜用来制作( ) A.车椅座垫 B.消防服 C.保温杯 D.煲汤锅 5.气凝胶是一种多孔类似海绵结构的固体,如图所示,其具有高效吸音效果,对油渍有超快、超高的吸附能力,这种新材料的密度最小为,看似脆弱不堪,其实非常坚固,能承受高达1400 的温度,且具有隔热性好、弹性好等特点。这种新材料不适合制造( ) A.消防服 B.厨房吸污毛巾 C.冰箱散热片 D.会场吸音板 6.我国自主研发生产的大丝束碳纤维相对于同体积的其他金属材质具有强度大、硬度高、质量轻的特点,它不适合于制作( ) A.羽毛球拍 B.航空器部件 C.钓鱼竿 D.打夯重锤 7.为了方便运输和配送冷鲜食物,快递公司会用塑料泡沫盒作为包装盒,这是因为塑料泡沫的( ) A.弹性小 B.比热容小 C.导电性差 D.导热性差 8.南京金箔锻制技艺是我国第一批国家级非物质文化遗产。黄金可以锻制成薄如蝉翼的金箔,这主要是因为黄金有较好的( ) A.导电性 B.导热性 C.延展性 D.弹性 9.《哪吒2》中结界兽的造型元素主要来源于三星堆的金面罩人头铜像和青铜纵目面具。用黄金可做成面罩,主要是利用了黄金的( ) A.导电性好 B.硬度大 C.延展性好 D.密度大 10.下列有关材料、信息、能源的说法中正确的是( ) A.手机的“蓝牙”功能是通过红外线来传递信息的 B.超导材料可以用作保险丝,不可以用作灯丝 C.用来制作光纤的材料“玻璃纤维”通常属于导体 D.当前的核电站利用核裂变释放能量 二、填空题 11.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。 12.如图甲所示,是我国高超音速导弹“东风-17”从起飞到击中目标的轨迹示意图,如果把大气层边缘看作水面,导弹飞行时就像在水面上“打水漂”,因此它突防能力强,难以拦截。 (1)导弹飞行过程中,所受重力的方向始终是 ;若图乙中某位置标有①、②、③、④四个方向,其中能正确表示重力方向的是 (选填序号); (2)“东风-17”表面材料需承受3000 以上的高温,除耐高温外,还需具备 小以减轻质量,以及 大以抵抗气流冲刷。(填物质的物理属性) 13.用塑料制成铁锅的把手,是因为塑料的 差;室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂,这表明纳米铜具有较好的 ;窗户安装玻璃是因为玻璃 性好。 14.我国科学家模拟月壤成分烧制的“月壤砖”被送至空间站开展实验,与在地球时相比,其质量 (选填“变大”“变小”或“不变”);该砖抗压强度远超普通红砖和混凝土砖,说明它具有 (选填“密度”或“硬度”)大的特性。 15.小明用铜钥匙和玻璃相互刻画,发现铜钥匙留下刻痕,而玻璃上没有刻痕,说明 硬度大,玻璃还被广泛用于窗户,是因为玻璃具有 (透光性/延展性/导电件,下同)较好的物理属性。银首饰上的银花是用很细的银丝编制而成的,银锭可以拉成很细的银丝是利用了银的 较好的属性。 三、实验题 16.为估测LED发光二极管的发光效率,小明设计如图1装置。该装置由电路、密封箱和光照计组成,光照计是测量光照强度的仪器。电路中的小灯泡和光照计的感光器安装在密封箱内。已知:小灯泡额定电压是2.5V,正常发光时的效率为10%。 (1)小灯泡的发光效率为10%的含义是:10%输入的电能转化为 能; (2)测量小灯泡正常发光时的光照强度 ①请用笔画线代替导线,将电压表正确接入电路 ; ②闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至最 端(选填“左”或“右”); ③闭合开关,小明发现调节滑动变阻器时,电压表示数保持不变,电流表无示数。若导线及各接线柱连接完好,则电路中的灯泡可能出现了 故障; ④排除故障后,移动滑动变阻器滑片,当电压表示数调至2.5V时,电流表示数如图2所示,小灯泡的额定功率为 W。此时光照计的示数为 80lx(照度的单位为 lx)。 (3)估测 LED 发光二极管的发光效率 ①LED 发光二极管由 材料制成;(选填“超导体”“半导体”或“绝缘体”) ②将LED发光二极管固定在密封箱内,并连接合适的测量电路,改变发光二极管的亮度,当光照计的示数为80lx时,测出发光二极管两端的电压为2.5V,发光二极管中的电流为40mA,则LED发光二极管的发光效率为 。 四、综合题 17.半导体材料的电阻受温度影响较大。如图-1所示是某种半导体材料的电阻随温度变化的关系图像,根据这种半导体材料电阻的特性,小明和他的同学设计了一个电路(图-2),可以测定某一空间的温度,使用的器材如下:半导体电阻、电源、电流表、开关、定值电阻、导线若干。 (1)请将导体、绝缘体、半导体的导电性按由强到弱的顺序排列: (2)当环境温度为时,电流表的读数为,求电源的电压? (3)电流表的读数为时,求当时环境温度? (4)为保证电路安全、该电路能测得的最高温度为多少? 18.新材料越来越多地进入我们的学习、工作和生活,并正在改变我们的生活方式,提高我们的生活质量,促进社会的进步和发展。目前,各种新材料层出不穷,这里主要研究纳米材料、半导体材料和超导体材料。 (1)某芯片的制造工艺达到7nm,7nm= m,“芯片”所用的主要材料是半导体,利用该材料制成的二极管具有 导电性。 (2)5G通信与折叠屏手机领域都运用了石墨烯等纳米材料。石墨烯在室温下电流的流动速度比一般导体都大,说明它的 好;另外,利用石墨烯制作成的电子元件很容易散热,这说明它的导热性 (选填“好”或“不好”)。 (3)我们在超导材料方面的研究也取得了一定的突破。当温度降到一定程度下,铜氧化物超导材料的电阻会突然接近于 ,电流几乎通行无阻。该材料可适用于 等领域。 19.随着智能手机的日益普及,极大的便利了人们的日常生活。在各种App的帮助下,人们可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。 如图甲所示,是某国产品牌的智能手机,其装配了我国自主研发的5nm工艺制程CPU芯片,运行流畅,性能出色。手机的高清屏幕、动圈式立体声扬声器极大的增强了视觉、听觉感受。 手机还配备了一块高容量的电池,而且支持100W有线快充和50W无线充电,续航能力和充电速度都非常出色。当手机电量低于20%时,手机可以自动调节为省电模式,该模式通过关闭一些不必要的功能和降低屏幕亮度等措施来延长手机的续航时间。 该手机还具备NFC(近场通信)功能,可以代替门禁卡、汽车钥匙。如图乙所示,是利用手机NFC功能开启车辆门锁的情景,把手机贴近汽车后视镜部位的NFC读写器时,汽车门锁就会开启或关闭,使用非常方便。这项技术的基本原理如图丙所示:手机贴近汽车后视镜时,NFC读写器发出电磁场,手机NFC线圈内通过电磁感应产生电流,供芯片发出特定信号与读写器进行通信,从而对车辆进行相应控制。即使手机电池电量耗尽,也不影响该功能的使用。 请解答以下问题: (1)手机的芯片主要材料是硅,该物质属于 (选填“导体”“半导体”或“超导体”); (2)手机省电模式是通过减小 (选填“电功率”或“电压”)来减小电能消耗的。 (3)手机NFC线圈内产生电流的工作原理与下图中 实验相同;手机扬声器的工作原理与下图中 实验相同;(均选项序号) A.B. C.D. (4)手机电池的铭牌上标有“”,该电池充满电可以储存 J的能量; (5)充电器的集成线路板上分布着很多二极管,二极管的作用之一就是利用其 性,将方向交替变换的交流电转换为单一方向的直流电。 (6)小陶家100W的手机充电器专用充电线损坏了,临时用普通充电线替代,充电20min后发现充电线烫手。小陶查阅资料得知:一根专用快充线的阻值是0.1 ,而一根普通充电线的阻值则为0.8 。若充电电流为5A,请你帮小陶计算20min时间里电流在普通充电线上产生的热量? 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 A B A D C D D C C D 1.A 【详解】瓷的导热性比钢差,是热的不良导体,在酒精灯火焰上加热一段时间,使其温度很高,热量散失的慢,所以可以将火柴点燃。故A符合题意,BCD不符合题意。 故选A。 2.B 【详解】ACD.制作电炉丝、灯丝、变阻器的电阻丝所选的材料必须具有一定的阻值,电阻不能为零,故ACD不符合题意; B.因为输电线有一定的电阻,所以电线输送电能时,要存在一定的能量损耗,如果输电线的电阻为0,那么就不会有能量损耗。所以超导材料最适合做输电导线,故B符合题意。 故选B。 3.A 【详解】题目中提到石墨烯材料能迅速将热向四周扩散,实现同步升温。导热性是指物质传导热量的性能,这一特性符合石墨烯能快速传递热量的表现。而导电性是传导电流的性能,弹性是物体受力变形后恢复原状的能力,延展性是物质能被拉伸成细丝或压成薄片的性质,均与传递热量无关。故A符合题意,BCD不符合题意。 故选A。 4.D 【详解】A.车椅座垫需要弹性好的材料,该陶瓷材料弹性好,适宜制作,故A不符合题意; B.消防服需要隔热性好、韧性好的材料,该陶瓷材料具备这些特性,适宜制作,故B不符合题意; C.保温杯需要隔热性好的材料,该陶瓷材料隔热性好,适宜制作,故C不符合题意; D.煲汤锅需要导热性好,让热量传递给汤,而该陶瓷材料隔热性好,不适宜制作煲汤锅,故D符合题意。 故选D。 5.C 【详解】A.消防服需要用隔热能力强的材料制成,气凝胶符合要求,故A不符合题意; B.厨房吸污毛巾对油渍有超快、超高的吸附能力,气凝胶符合要求,故B不符合题意; C.冰箱散热片应选用散热能力好的材料,气凝胶隔热性好,不适合制造冰箱散热片,故C符合题意; D.气凝胶是一种多孔类似海绵结构的固体,有较好的吸音效果,用作会场吸音板,气凝胶符合要求,故D不符合题意。 故选C。 6.D 【详解】ABC.大丝束碳纤维相对于其他金属材质具有强度大、硬度高的特点,大丝束碳纤维材料密度小,等体积的材料,大丝束碳纤维质量更轻,因此它适合于制作羽毛球拍、航空器部件、钓鱼竿,故ABC不符合题意; D.打夯重锤需要使用强度大、硬度高、质量大的材料,大丝束碳纤维材料密度小,等体积的材料,大丝束碳纤维质量更轻,因此不适合于制作打夯重锤,故D符合题意。 故选D。 7.D 【详解】塑料泡沫具有导热性差的特点,这使得它能够有效减少外界热量传入或内部能量散失,从而为冷鲜食物营造相对稳定的低温环境,延长其保鲜期。虽然塑料泡沫也有密度小的特点,能减轻包装重量和运输成本,但这不是其用于冷鲜食物包装的主要原因。比热容小和导电性差与冷鲜食物运输配送中保持低温的需求关系不大,故D符合题意,ABC不符合题意。 故选D。 8.C 【详解】金箔锻制的手工技艺可以让金块变金箔,这体现了金箔的可锤炼可压延程度,即延展性。延展性是物质的物理属性之一。故ABD不符合题意,C符合题意。 故选C。 9.C 【详解】黄金可以被做成面罩,是因为黄金具有良好的延展性,故C符合题意,ABD不符合题意。 故选C。 10.D 【详解】A.手机的“蓝牙”功能是通过电磁波来传递信息的,故A错误; B.超导材料的电阻为零,在电流通过时不会发热,所以不可以用作灯丝,没有电阻,则电流过大时不会自动熔断,所以不可以用作保险丝,故B错误; C.用来制作光纤的材料“玻璃纤维”导电性差,属于绝缘体,故C错误; D.根据核能的使用可知,当前的核电站利用的是可控的核裂变释放能量来发电的,故D正确。 故选D。 11. 不能 【解析】【小题1】[1][2] 则 常见的直尺的分度值为,远大于100纳米,所以不能用直尺直接测量出100纳米的长度。 12.(1) 竖直向下 ① (2) 密度 硬度 【详解】(1)[1][2]由于重力的方向始终竖直向下,直指地心,所以能正确表示重力方向的是①。 (2)[1]当体积一定时,密度越小,质量越小,因此“东风-17”需具备密度小以减轻质量。 [2]其次“东风-17”还需要抵抗气流冲刷,因此需要具有较大的硬度。 13. 导热性 延展性 透光 【详解】[1]因为塑料导热性差,用它做铁锅把手,在炒菜时,把手不容易变热,方便握持。 [2]纳米铜能比普通铜多拉长50倍而不断裂,说明纳米铜可以被拉伸变形,体现了纳米铜具有较好的延展性。 [3]窗户安装玻璃主要是利用玻璃透光性好,使室内能有充足光线。 14. 不变 硬度 【详解】[1]质量是物体所含物质的多少,是物体的一种基本属性,它不随物体的形状、状态、位置的改变而改变。“月壤砖”被送至空间站,只是位置发生了变化,所含物质的多少没有改变,所以其质量不变。 [2]硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力,抗压强度是指材料受到压力作用时,抵抗发生破坏的能力,抗压强度大意味着硬度大。“月壤砖”抗压强度远超普通红砖和混凝土砖,说明它具有硬度大的特性。 15. 玻璃 透光性 延展性 【详解】[1]用铜钥匙和玻璃相互刻画,铜钥匙留下刻痕,玻璃上没有刻痕,根据硬度的定义,相互刻画时较硬的物质能在较软的物质表面留下刻痕,所以说明玻璃硬度大。 [2]玻璃被广泛用于窗户,窗户需要让光线透过,而玻璃具有透光性较好的物理属性,延展性是指物质能被拉伸等的性质,玻璃延展性差,玻璃一般是绝缘体,导电性差,所以这里应填透光性。 [3]银锭可以拉成很细的银丝,这是银能够被拉伸,说明银的延展性较好。 16.(1)光 (2) 左 断路 0.75 (3) 半导体 75% 【详解】(1)小灯泡是将电能转换为光能,所以灯泡的发光效率为10%的含义是:10%输入的电能转化为光能。 (2)[1]连接电路时,电压表并联在电灯泡两端,电流表串联在电路中,均选择小量程,变阻器的连接遵循一上一下原则,据此作图: [2]闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处,即最左端。 [3]电压表示数保持不变,说明电压表与电源正负极接通;电流表无示数,说明电路存在断路,则故障可能是小灯泡发生断路。 [4]电流表接小量程,分度值为0.02A,示数为0.3A,根据电功率公式计算灯泡的额定功率为P=UI=2.5V 0.3A=0.75W 小灯泡发光的功率为 (3)[1]发光二极管具有单向导电性,其制作的材料为半导体。 [2]发光二极管的功率为 根据题意可知此时二极管的发光强度与小灯泡的发光强度相等,则LED发光二极管的发光效率为 17.(1)导体>半导体>绝缘体 (2)12V (3) (4) 【详解】(1)按物体的导电性强弱可知,导体的导电性最强,半导体次之,绝缘体的导电性最弱,故由强到弱的排列顺序为:导体>半导体>绝缘体。 (2)由图-2可知,半导体电阻R与定值电阻R0串联。由图-1可知,当环境温度为20 时,半导体电阻R的阻值为50 ,由串联电路电阻的特点可知,电路的总电阻为 由欧姆定律可知,电源电压 (3)当电流表的读数为时,电路的总电阻 此时半导体电阻的阻值 由图像可知,半导体电阻为时,环境温度是40 。 (4)因电流表量程为,所以电路最大电流为,电路的最小总电阻 因串联电路总电阻等于各部分电阻之和,所以半导体的最小阻值 由图-1可知,该电路能测得的最高温度为100 。 18.(1) 单向 (2) 导电性 好 (3) 零 远距离输电 【详解】(1)[1]因为长度单位换算关系为,所以。 [2]“芯片”所用主要材料是半导体,利用半导体材料制成的二极管具有单向导电性。 (2)[1]石墨烯在室温下电流的流动速度比一般导体都大,根据导电性的相关知识,这说明它的导电性好。 [2]利用石墨烯制作成的电子元件很容易散热,依据导热性的概念,这说明它的导热性好。 (3)[1]当温度降到一定程度下,铜氧化物超导材料的电阻会突然接近于零,此时电流几乎通行无阻。 [2]由于超导材料电阻为零,电能在传输过程中不会有能量损耗,所以该材料可适用于远距离输电等领域。 19.(1)半导体 (2)电功率 (3) B C (4) (5)单向导电 (6) 【详解】(1)手机芯片的主要材料是硅,硅属于半导体,它的导电性能介于导体和绝缘体之间,常用于制作电子元件。 (2)由可知,在相同时间内,减少电功率可以减少电能的消耗,所以手机省电模式是通过减小手机电功率来实现的。 (3)A.演示的是奥斯特实验,揭示了电流具有磁效应,故A不符合题意; B.电路中没有电源,演示的是电磁感应现象,与手机NFC线圈内产生电流的原理相同,故B符合题意; C.电路中有电源,当闭合开关时,通电金属杆在磁场中运动,说明通电导体在磁场中受到力的作用,与手机扬声器原理相同,故C符合题意; D.探究的是电流相同时,电磁铁的磁性与线圈匝数的关系,故D不符合题意。 [1][2]由题意可知,手机NFC线圈内产生电流的工作原理是电磁感应现象,原理与B相同;手机扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用,原理与C相同。 (4)由手机铭牌信息可知,该手机机电池充满电可以储存的能量为 (5)二极管的核心特性是具有单向导电性,只允许电流从一个方向流入,因此可以将方向交替变换的交流电转换为单一方向的直流电。 (6)由焦耳定律可知,20min时间里电流在普通充电线上产生的热量为 学科网(北京)股份有限公司 $