21.3 跨学科：材料的利用与开发 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．从生活走向物理，从物理走向社会。以下实例与所利用的物质物理属性相符的是（   ） A．厚厚的金片可以敲打成极薄的金箔是利用了金的延展性好 B．用塑料做炒锅的手柄是因为导热性好 C．房屋的门窗用铝合金制成，是因为铝合金的导电性好 D．电线的线芯用铜做，是因为铜的硬度大 2．汽车轮胎由橡胶制成，可以缓冲车辆在行驶过程中产生的颠簸和冲击力，使行驶更加平稳舒适，这主要是因为橡胶具有较好的（    ） A．导热性 B．导电性 C．磁性 D．弹性 3．生活无处不物理，用与头发摩擦过的塑料直尺靠近碎纸屑，发现碎纸屑被吸引。下列说法正确的是（　　） A．塑料直尺与头发摩擦的过程中发生了原子的转移 B．塑料直尺由于摩擦而创造了电荷 C．塑料直尺与头发摩擦后带电，能吸引轻小物体 D．塑料直尺与碎纸屑都属于导体 4．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 5．2025年4月24日，“神舟二十号”飞船成功发射并完成与空间站的交互对接，它们进入预定轨道后，太阳能帆板顺利展开。下列属于制作太阳能帆板的主要材料是（　　）    A．超导材料 B．半导体材料 C．纳米材料 D．绝缘体材料 6．2025年诺贝尔物理学奖颁给约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷特、约翰·马丁尼斯，他们利用超导体构建了电路，实现不同量子态之间的隧穿，超导体在临界温度时 （　　） A．电流很小 B．硬度很高 C．电压很高 D．电阻为零 7．复兴号CR450型电力动车组是我国研发的新一代高速列车，其电子控制系统依赖大量集成电路芯片，制造芯片的主要材料是（   ） A．半导体 B．绝缘体 C．导体 D．超导体 8．如图所示，用酒精灯加热瓷勺勺头，勺头可以点燃火柴而勺柄却不烫手。下列说法中正确的是（    ） A．酒精灯应用内焰加热 B．瓷勺的导热性较好 C．瓷勺能够耐高温 D．将瓷勺换成钢勺同样也不烫手 9．2025年中国在石墨烯领域取得一系列重大成果，未来十年石墨烯可能进入“黄金应用时代”。石墨烯具有很多奇特的物理特性。它具有极佳的弹性，优良的导热性，极高的硬度和刚度，密度小，还有可能代替硅成为新的半导体材料。根据石墨烯的这些特性，它不能用来制作（    ） A．汽车保温隔热膜 B．装甲车防弹衣 C．轻量化航天部件 D．电脑芯片散热器 10．用于歼-20战斗机机身制造的碳纤维具有轻量化、高强度优点，说明碳纤维（　　） A．质量大 B．密度小 C．硬度小 D．易腐蚀 二、填空题 11．在物理学中，一个结论的得出往往需要经过多个层面的验证和论证，以确保其科学性和实用性。在探索过程中，有一些科学家提出了一些错误或不完全正确的观点，这些观点随着科学的发展逐渐被修正或取代。请你参照示例，列举一个错误或不完全正确的观点，并通过实例进行反驳，写出正确观点。 【示例】错误观点：太阳是宇宙的中心。 反驳的原因及正确观点：宇宙是不断膨胀的，处于不断的变形之中，因此不存在宇宙中心的说法，太阳是太阳系的中心。 错误观点：______； 反驳的原因及正确观点：______。 12．北京是唯一举行了夏季与冬季奥运会的城市，在2022年北京冬奥会火炬传递中，火炬是碳纤维复合材料制成，质量是同体积钢的，是由于碳纤维复合材料的________小；火炬的燃料燃烧时温度约为800℃，运动员手握火炬一点不感到烫手，是由于碳纤维材料的________性能好。 13．如图甲是两束与毛皮摩擦过的塑料丝靠近时的情况，由图可知两束塑料丝因带_____（选填“同种”或“异种”）电荷相互排斥而分开；图乙是加油站里常见的“静电释放器”（与大地相连），工人拿起油枪加油前，必须用手触摸“静电释放器”，因此制作“静电释放器”的材质是_____（选填“导体”或“绝缘体”）。 14．按要求完成下列填空； (1)长征二号F遥十五运载火箭将神舟十五号载人飞船送入太空，火箭穿越大气层时，火箭上部外壳——整流罩温度升高，分子的动能__________（填“增大”或“减小”），其内能的改变是通过__________（填“做功”或“热传递”）的方式实现的。 (2)家里白炽灯用久了灯丝变细，灯丝电阻__________（填“变大”“变小”或“不变”），新型LED灯已取代白炽灯，LED灯是由__________（填“超导体”或“半导体”）材料制成的。 (3)师傅安装空调时用测电笔检测插座，发现氖管发光，说明测电笔接触的是_______线。小舒想利用电能表测量空调的实际功率，电能表上标有3000imp/(kW·h)，他断开家里的其他电器让空调单独工作，观察到电能表的指示灯在3min内闪烁150次，则空调的实际功率__________W 15．能源和材料是现代科技的两大支柱，比如太阳能作为一种蕴藏丰富的________（填“可再生”或“不可再生”）能源，有巨大的潜力和价值，中国空间站的太阳能电池板是用________（填“半导体”或“导体”）材料制成的。 三、实验题 16．矿泉水中含有人体所需的矿物质，因此它导电能力较强，而纯净水几乎不导电。现有一瓶矿泉水和一瓶纯净水，但它们的外观完全相同，请你设计一个可操作的实验方案区分出这两瓶水。 四、综合题 17．北京冬奥会中国队雪车的制造应用了碳纤维复合材料，该新型材料的密度不到钢的四分之一，但抗拉强度一般是钢的7-9倍。碳纤维还具有耐高温、耐腐性、韧性好、导电性好等特征，目前，碳纤维越来越显示出在工业上的广阔应用前景。 (1)碳纤维材料已被广泛应用在羽毛球拍上，这种应用与下列碳纤维的哪种物理属性无关______； A．密度小 B．抗拉强度高 C．韧性好 D．导电性好 (2)小明利用一小块碳纤维材料测量碳纤维的密度，他测得其质量为18g，体积为，他用到的实验原理是______，密度为______。 (3)碳纤维制造的自行车整体更为轻便，现有某品牌碳纤维自行车架（如图），质量为1.8kg。若用密度为的钢材料制作同一车架，求该钢制车架的质量。 18．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，ρ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0.2μm的金箔，面积是原来的多少倍________？ 19．如图是小明购买的无人机。在使用过程中，他发现无人机的螺旋桨容易折断。于是他想进一步了解螺旋桨的相关信息，翻看说明书得知螺旋桨是由单一材料制成的，一支螺旋桨的质量为11.5g，体积为10cm3，再通过网上查找资料收集到制造螺旋桨的可选材料如表格所示。 材料 密度 材料的强度特点 碳纤维 强度高 工程塑料 强度低 轻木 强度很低 PMI泡沫 强度很低 (1)请通过计算判断该无人机的螺旋桨可能由表中的哪种材料制作； (2)小明想进一步了解如何解决螺旋桨容易折断的问题，于是他通过与AI对话学习，得知在工程技术中，可采用“外层包裹内层”的复合结构，从而让螺旋桨具有外层强度高、整体轻量化的特性，请你从表格中选出两种材料改进制作螺旋桨，并说明原因； (3)在体积不变的情况下，若要使改进后的一支螺旋桨的质量比原来减少5.5g，请根据你所选的材料计算出外层材料的质量。 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 D C A B D A C A B 1．A 【详解】A．金属具有延展性，即可以被拉成细丝或压成薄片。金片能被敲打成极薄的金箔，正是利用了金的延展性好这一物理属性，故A符合题意； B．用塑料做炒锅的手柄，是因为塑料的导热性差，这样在炒菜时，手柄不会因导热而变得很烫，方便人们拿取，而不是导热性好，故B不符合题意； C．房屋的门窗用铝合金制成，主要是因为铝合金的密度小（相同体积下质量小，轻便）、强度高、耐腐蚀等，而不是因为导电性好，故C不符合题意； D．电线的线芯用铜做，是因为铜的导电性好，能够很好地传输电能，而不是因为铜的硬度大，故D不符合题意。 故选A。 2．D 【详解】A．汽车轮胎由橡胶制成，橡胶不容易导热，与轮胎缓冲车辆在行驶过程中产生的颠簸和冲击力无关，故A不符合题意； B．橡胶是绝缘体，不容易导电，与缓冲车辆在行驶过程中产生的颠簸和冲击力无关，故B不符合题意； C．橡胶不能被磁化，没有磁性，与缓冲车辆在行驶过程中产生的颠簸和冲击力无关，故C不符合题意； D．汽车轮胎由橡胶制成，橡胶具有较好的弹性，可以缓冲车辆在行驶过程中产生的颠簸和冲击力，使行驶更加平稳舒适，故D符合题意。 故选D。 3．C 【详解】A．塑料直尺与头发摩擦的过程中发生了电子的转移，并非原子的转移，故A错误； B．摩擦起电的实质是电荷的转移，而不是创造了电荷，故B错误； C．用与头发摩擦过的塑料直尺靠近碎纸屑，碎纸屑被吸引，这表明塑料直尺与头发摩擦后带电，塑料直尺能吸引轻小物体，符合带电体具有吸引轻小物体的性质，故C正确； D．塑料直尺不容易导电，属于绝缘体，碎纸屑不容易导电，也属于绝缘体，故D错误。 故选C。 4．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。 5．B 【详解】太阳能帆板的发电核心是硅基半导体材料，其通过光电效应将太阳能转化为电能。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 6．D 【详解】超导体是指在临界温度时，导体的电阻为零，这是超导体的重要特性，超导体的电阻为零，可以实现电流无损耗的输送。超导体的电阻为零，电流会很大，电压为零，超导体与材料的硬度无关，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 7．A 【详解】半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，其导电性能可通过光照、温度等方式进行精确控制，这一特性使其成为制造晶体管、二极管等电子元件的理想材料，进而构成芯片的基础结构。绝缘体几乎不导电，无法实现芯片的导电功能；导体导电性过强且不可控，无法满足芯片对电流的精确调控需求；超导体需极低温环境且成本高昂，目前不适用于常温芯片制造。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 8．C 【详解】A．酒精灯的外焰温度最高，应该用外焰加热，而不是内焰，故A错误； B．用酒精灯加热瓷勺勺头，勺柄却不烫手，这表明瓷勺的导热性较差，热量不容易从勺头传递到勺柄，故B错误； C．瓷勺能够在酒精灯加热的情况下不被损坏，说明瓷勺能够耐高温，故C正确； D．钢是热的良导体，导热性好，如果将瓷勺换成钢勺，热量会迅速从勺头传递到勺柄，勺柄会烫手，故D错误。 故选C。 9．A 【详解】A．保温隔热膜需要材料导热性差，才能有效阻止热量传递。而石墨烯具有优良的导热性，会快速传递热量，无法起到保温隔热的作用，因此不能用来制作保温隔热膜，故A符合题意； B．石墨烯极高的硬度和刚度，以及极佳的弹性，使其能够承受冲击并分散能量，适合用于防弹材料，故B不符合题意； C．石墨烯密度小、硬度和刚度高，符合航天部件“轻且强”的要求，可用于轻量化设计，故C不符合题意； D．石墨烯优良的导热性，能快速将芯片产生的热量散发出去，是理想的散热材料，故D不符合题意。 故选A。 10．B 【详解】A．轻量化指相同体积下质量较小，并非质量大，故A不符合题意； B．轻量化的本质是相同体积时质量小，根据密度公式，说明碳纤维的密度小，故 B符合题意； C．题目提到碳纤维具有高强度特点，高强度说明硬度大，并非硬度小，故C不符合题意； D．碳纤维用于制造战斗机机身，说明其耐腐蚀，并非易腐蚀，故D不符合题意。 故选B。 11． 力是维持物体运动的原因 一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态，因此力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动的原因 【详解】[1][2]错误观点：力是维持物体运动的原因。 反驳的原因及正确观点：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态，因此力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动的原因。 错误观点：低音传播速度比高音慢。 反驳的原因及正确观点：声速的大小跟介质的种类、介质的温度有关，与声音的频率无关，因此低音与高音在同种介质环境中的传播速度是相同的。 错误观点：土、水类的重物质向下落，是由于每个物体都有回归其天然所处的趋势。 反驳的原因及正确观点：地球表面附近的物体由于地球的吸引会受到竖直向下的重力，因此重物下落是由于受到重力的作用。 12． 密度 隔热 【详解】[1]根据可知，在体积相同时，质量越小，其密度就越小。 [2]温度为800℃时，运动员手握火炬一点不感到烫手，说明材料耐高温、导热性差，也就是隔热性能比较好。 13． 同种 导体 【详解】[1]塑料丝与毛皮摩擦过时，塑料丝和毛皮会带上不同种电荷；由图可知两束塑料丝相互排斥而分开，由于同种电荷相互排斥，可知两束塑料丝带同种电荷。 [2]为了将人体的静电释放掉，则静电释放器应该是导体。 14．(1) 增大 做功 (2) 变大 半导体 (3) 火 1000 【详解】（1）[1]当火箭穿越大气层时，整流罩温度升高，分子运动得越剧烈，故分子的动能增大。 [2]火箭穿越大气层时，火箭整流罩要克服与大气层的摩擦，将机械能转化为内能，这是通过做功的方式改变整流罩的内能。 （2）[1]导体的电阻与材料、横截面积和长度有关，当白炽灯灯丝用久了变细，在其他条件不变时，灯丝变细（即横截面积变小），灯丝的电阻变大。 [2]半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，LED是由半导体材料制成的。 （3）[1]火线和大地之间有220V的电压，当用测电笔检测插座，发现氖管发光，说明此时测电笔有电流通过，故测电笔接触的是火线。 [2]已知电能表上参数为，表示电路中用电器每消耗的电能，指示灯闪烁3000次，则指示灯闪烁150次电路消耗的电能为 工作时间为 则空调的实际功率为 15． 可再生 半导体 【详解】[1]太阳能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源。 [2]太阳能电池板的主要材料是硅，因为硅是半导体，所以太阳能板是半导体材料制成的。 16．见解析 【详解】实验器材：两瓶水、铜片、夹子各两个，水杯、电源、定值电阻、电流表、开关各一个，若干导线。 实验步骤：①在水杯中装入其中一个瓶中的水，将两个铜片插入水中，用夹子固定；②按照如图所示的电路图连接各实验器材；③闭合开关S，观察电流表的示数。 实验结论：若电流表的示数几乎为0，则这瓶水是纯净水，另一瓶水是矿泉水；反之，这瓶水是矿泉水，另一瓶水是纯净水。 17．(1)D (2) (3)7.9kg 【详解】（1）羽毛球拍要求其质量小、弹性好、韧性好，这样既可节省运动员的体力也可以更结实耐用，因此碳纤维材料广泛应用在羽毛球拍上，这种应用与碳纤维密度小、弹性好、韧性好的性质密切相关，而导电性对羽毛球拍来讲是无关因素，故D符合题意，ABC不符合题意 故选D。 （2）[1]测量物体的密度需测出物体的质量和体积，用来计算出密度，他用到的实验原理是。 [2]碳纤维的密度 （3）质量为1.8kg碳纤维自行车架的体积 若用密度为的钢材料制作同一车架，钢架的体积不变，该钢制车架的质量 18．(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0.2μm的金箔，面积是原来的20000倍。 19．(1)工程塑料 (2)见解析 (3) 【解析】【小题1】螺旋桨的密度 由表格可知，螺旋桨的材料可能是工程塑料 【小题2】解决螺旋桨容易折断的问题，可采用“外层包裹内层”的复合结构，从而让螺旋桨具有外层强度高、整体轻量化的特性，由表格知碳纤维的强度高，所以外层选用高强度的碳纤维；内层可以选用密度小的泡沫，可以减轻质量。 【小题3】更换材料后，螺旋桨的质量 外层材料选用碳纤维，内层材料选用泡沫，设碳纤维质量为，泡沫为 碳纤维材料和泡沫材料总质量 碳纤维材料和泡沫材料总体积 联立解得外层碳纤维质量 学科网（北京）股份有限公司 $