科技热点6：新材料与高端制造-探索新材料的力学与电磁特性 讲义-2026届高考物理二轮专题

科技热点6：新材料与高端制造-探索新材料的力学与电磁特性 科技热点6：新材料与高端制造-探索新材料的力学与电磁特性目录 一、核心物理原理 1.新材料的力学特性（核心根基） 2.新材料的电磁特性（多维考点） 3.新材料制备的物理原理（热点情境） 4.新材料在高端制造中的综合应用原理（前沿热点） 5.新材料的热学特性（延伸考点） 二、典型高考试题情境 1.新材料力学特性类 2.新材料电磁特性类 3.新材料制备与热学类 4.新材料多维应用类 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点6-新材料与高端制造专项精练 6.1力学：强韧构效，解析新材料力学特性 6.2热学：热导温控，优化材料能量响应 6.3电学：电磁调控，赋予材料特殊电性 6.4光学：光电响应，拓展新材料光学应用 6.5原子：晶构微观，揭示材料组成本源 核心表述：坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，因地制宜发展新质生产力，建设现代化产业体系；实施新一轮制造业重点产业链高质量发展行动，强化产业基础再造和重大技术装备攻关，打造一批国家先进制造业集群。配套：培育壮大新兴产业和未来产业，构建促进专精特新中小企业发展壮大机制，培育独角兽企业。 新材料与高端制造是2026两会重点部署的战略性产业，以T1200级超高强度碳纤维、荷正电MXene材料、氧化镓半导体、耐极端环境锂电池材料为核心突破，是高考物理力学（受力分析、动量能量、固体压强）、电磁学（电磁感应、导电性、电磁屏蔽）、热学等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“巩固新材料领域领跑优势，推动高端制造升级，筑牢产业发展根基”，我国在高性能碳纤维、新型二维材料、宽禁带半导体等领域实现重大突破，彻底打破国外技术垄断，其底层物理逻辑核心是新材料的力学与电磁特性，深度贴合高中物理主干知识。 一、核心物理原理 1.新材料的力学特性（核心根基） 高端制造对新材料的力学性能要求极高，如高强度、轻量化、耐极端温度、抗腐蚀等，其力学特性是高考选择题、计算题、实验题的核心载体，贴合我国碳纤维、新型电池材料等突破成果： 强度与韧性：材料抵抗破坏（断裂、形变）的能力，核心关联力学中的应力（）、应变（ ），我国T1200级（SYT80）超高强度碳纤维，工程化量产强度突破8000MPa，是普通钢材的10倍，密度仅为钢材的1/4，1cm²截面积即可吊起满载的C919大飞机，完美契合固体力学计算考点，其高强度特性源于微观细晶化结构对缺陷的抑制作用。 弹性与塑性形变：新材料（如柔性有机光电材料、新型有机电池材料）可实现弹性形变（形变后恢复原状），部分材料兼具塑性，考查胡克定律（）、弹性势能（），我国柔性有机光电材料在保持高能量输出的同时，可反复大幅拉伸而不破损，体现优异的弹性特性，适配可穿戴设备、电子皮肤等应用场景。 耐极端环境力学特性：耐高低温、抗高压是高端制造新材料的核心要求，如T1000级碳纤维在惰性环境中可承受1000℃高温、零下180℃极寒，仍能保持性能稳定；新型有机锂电池可在-70℃到80℃正常工作，弯折、挤压后无破损，考查温度对材料力学性能的影响、力的平衡与能量转化，贴合航空航天、极寒地区应用需求。 轻量化与压强计算：高端制造（航空航天、低空经济、具身智能）追求轻量化，新材料的低密度特性可大幅降低装备重量，提升效能，考查固体压强（）、密度公式（），如T1200级碳纤维应用于卫星结构件，可实现10%以上减重，提升装备载荷效率。 2.新材料的电磁特性（多维考点） 电磁特性是新材料适配高端制造、新能源、电子信息领域的核心，如导电性、电磁屏蔽、铁电性等，其原理贴合电磁学、半导体物理，是高考综合题的重要载体，贴合我国MXene材料、氧化镓半导体等突破： 导电性与电阻调控：新型导电材料（如荷正电MXene、柔性导电聚合物）的导电能力可精准调控，核心关联电阻定律（）、电流微观表达式（），我国研发的荷正电MXene材料具有优异导电性，可用于储能、电磁屏蔽领域，其绿色制备工艺突破传统技术瓶颈，考查材料电阻率与微观结构的关系。 电磁屏蔽与电磁波反射：高端制造（精密仪器、芯片、航天装备）需防电磁干扰，新型电磁屏蔽材料（MXene、碳纤维复合材料）可吸收、反射电磁波，考查电磁波传播（ ）、电磁感应，其原理是材料中的自由电子在电磁波作用下产生感应电流，消耗电磁波能量，实现屏蔽效果。 铁电性与记忆存储：宽禁带半导体氧化镓的室温本征铁电性被实验验证，使其具备记忆存储功能，核心关联电场与极化现象，考查电场对材料内部电荷的作用，为半导体技术开辟新路径，贴合芯片、存储器件高端制造需求。 光电与电磁转化：柔性有机光电材料、铜锌锡硫硒太阳能电池材料，可实现光能与电能的转化，核心是光电效应（ ）、光生伏特效应，我国铜锌锡硫硒太阳能电池光电转换效率突破15%，考查能量转化、电功率计算，适配新能源与高端制造融合场景。 3.新材料制备的物理原理（热点情境） 两会强调突破新材料制备“卡脖子”技术，我国在绿色制备、工程化量产等领域实现突破，其制备过程贴合热学、分子动理论，是高考创新命题的重要素材： 绿色制备与能量转化：我国团队开发的荷正电MXene绿色制备工艺，采用深共晶溶剂一步制备，避免传统复杂流程，考查热传导、能量守恒，溶剂的绿色环保特性贴合“双碳”理念，也体现材料制备中的能量损耗控制。 高温熔融与结晶：碳纤维、半导体材料制备中，需通过高温熔融、精准控温实现晶体生长，如T1000级碳纤维聚合过程要求控温精度达到±0.1℃，考查热平衡、热传导（），温度控制直接影响材料微观结构与力学、电磁性能。 纳米级缺陷控制：T1200级碳纤维量产中，需解决纳米级缺陷对强度的影响，通过建立缺陷数据库、优化配方，实现细晶化结构，考查分子动理论、固体微观结构，缺陷控制是提升材料性能的关键，也是高考创新题的切入点。 4.新材料在高端制造中的综合应用原理（前沿热点） 两会部署推动新材料与高端制造深度融合，应用场景涵盖航空航天、具身智能、低空经济等领域，其原理是力学与电磁特性的综合应用，贴合高考综合考查趋势： 航空航天领域：碳纤维复合材料用于火箭、卫星、深空探测器，利用其高强度、轻量化、耐极端温度特性，考查受力分析、动量守恒、能量转化，如探测器着陆时新材料的缓冲作用，贴合深空探测重大工程。 新能源与储能领域：新型锂电池材料（氟代烃溶剂电解液、有机正极材料），兼具高能量密度与耐极端温度特性，能量密度最高达700瓦时/公斤，极寒环境下仍能高效放电，考查能量守恒、电功率、电路规律，适配新能源汽车、具身智能机器人等场景[10]。 柔性电子领域：柔性有机光电材料、导电聚合物，用于可穿戴设备、电子皮肤，利用其弹性与导电性，考查电磁感应、能量转化，材料的拉伸过程中需保持导电性能稳定，贴合“人工智能+”智能终端推广需求。 精密制造领域：MXene材料用于精密仪器、电磁屏蔽器件，利用其优异的电磁特性与力学稳定性，考查电磁屏蔽、压强计算，适配高端机床、深海潜航器等极端工况应用。 5.新材料的热学特性（延伸考点） 热学特性是新材料适配极端环境、保障高端装备稳定运行的关键，贴合我国耐高低温材料突破，是高考热学考点的重要延伸： 热稳定性与热膨胀：新材料（如碳纤维、氧化镓）的热膨胀系数极小，在极端温度变化下体积变化微弱，考查热膨胀规律、热力学第一定律，避免装备因热胀冷缩损坏，贴合航空航天、极寒地区应用需求。 热传导与散热：高端芯片、精密仪器中的散热材料，利用高导热特性（如石墨烯复合材料）快速传导热量，考查热传导公式、能量守恒，避免设备因过热失效，贴合芯片高端制造需求。 二、典型高考试题情境 1.新材料力学特性类 强度与压强计算：已知T1200级碳纤维的强度（8000MPa）、密度，求1cm²截面积碳纤维能承受的最大拉力，计算其吊起满载C919大飞机（80吨）时的应力，考查应力公式、压强公式、密度计算，贴合我国碳纤维全球首发成果。 弹性形变与能量：已知柔性有机光电材料的劲度系数，求其拉伸过程中的弹性势能、外力做功，考查胡克定律、弹性势能公式，贴合柔性电子应用场景。 耐极端环境力学分析：已知新型锂电池材料在-50℃与25℃时的弹性模量，分析温度对材料力学性能的影响，计算其在极寒环境下承受的最大压力，考查力的平衡、温度对材料特性的影响。 实验：探究新材料的力学特性，测量碳纤维的拉伸强度、弹性形变，考查实验设计、数据处理、误差分析，适配高考实验题趋势。 2.新材料电磁特性类 导电性与电阻计算：已知荷正电MXene材料的电阻率、长度、横截面积，求其电阻、电流大小，对比传统导电材料，分析其导电优势，考查电阻定律、电流微观表达式，贴合我国MXene材料突破。 电磁屏蔽与电磁波：已知MXene电磁屏蔽材料的厚度、电磁波频率，求电磁波的波长、屏蔽效率，考查电磁波传播公式，贴合精密仪器、芯片电磁防护需求[5]。 光电效应应用：已知铜锌锡硫硒太阳能电池的入射光频率、逸出功，求光电子最大初动能、光电转换效率，考查光电效应方程，呼应我国光伏新材料突破。 铁电性与电场：结合氧化镓的室温铁电性，分析电场对材料极化的影响，考查电场力、电势差，贴合半导体存储器件应用。 3.新材料制备与热学类 制备过程热计算：已知碳纤维聚合过程的控温精度、热导率，求热传导功率、温度变化，考查热传导公式、热平衡，贴合T1000级碳纤维量产工艺。 缺陷控制与微观结构：分析纳米级缺陷对碳纤维强度的影响，结合分子动理论，判断缺陷减少对材料应力的改变，考查固体微观结构、应力计算，贴合T1200级碳纤维技术突破。 绿色制备能量分析：已知MXene绿色制备过程的能量损耗、溶剂比热容，求制备过程中的温度变化、能量利用率，考查能量守恒、比热容公式，贴合绿色制造理念。 4.新材料多维应用类 航空航天综合：碳纤维复合材料用于卫星结构件，已知卫星质量、轨道高度，结合碳纤维的密度、强度，求结构件体积、能承受的最大载荷，考查密度、压强、万有引力，贴合深空探测部署。 新能源与储能综合：已知新型锂电池的能量密度、功率，求其续航时间、充放电过程中的能量损耗，结合其耐极端温度特性，分析极寒环境下的性能变化，考查能量守恒、电功率，呼应我国新型电池突破。 柔性电子综合：柔性有机光电材料用于可穿戴设备，已知材料的拉伸量、电阻变化，求拉伸过程中的弹性势能、电流变化，考查胡克定律、电阻定律、电磁感应，贴合“人工智能+”智能终端需求。 三、备考清单 1.必背公式 力学相关：应力 、应变 、胡克定律 、弹性势能 、压强 、密度 电磁相关：电阻定律 、电流微观 、光电效应 、电磁波 热学相关：热传导 、热量 、热力学第一定律 2.核心模型 新材料力学特性模型（强度、弹性、耐极端温度，贴合碳纤维、柔性材料） 新材料电磁特性模型（导电性、电磁屏蔽、铁电性，贴合MXene、氧化镓） 新材料制备模型（高温控温、缺陷控制、绿色制备，贴合碳纤维、MXene量产） 新材料综合应用模型（航空航天、储能、柔性电子，贴合高端制造场景） 热学与力学/电磁学融合模型（热稳定性、散热，贴合极端环境应用） 3.易错提醒 应力与压强的区别：应力是材料内部的相互作用力，压强是外部压力产生的效果，二者公式形式相同（ 、 ），但物理意义不同，解题时需注意区分，如碳纤维的强度用应力表示，装备对材料的作用用压强表示。 新材料的导电性调控：MXene、导电聚合物等材料的导电性可通过微观结构、掺杂调控，并非固定不变，解题时需结合题干给出的电阻率、载流子浓度等条件计算，不可盲目套用常规材料参数。 温度对材料特性的影响：多数新材料的力学、电磁特性随温度变化显著（如锂电池在极寒环境下能量密度下降），解题时需考虑温度的影响，避免忽略温度因素导致计算错误。 弹性形变与塑性形变的区分：柔性材料的弹性形变可恢复，塑性形变不可恢复，解题时需结合材料特性判断形变类型，如柔性有机光电材料的拉伸的属于弹性形变，碳纤维的断裂属于塑性形变。 电磁屏蔽的原理：是材料吸收、反射电磁波，并非“阻挡”电磁波，其核心是感应电流消耗电磁波能量，解题时需结合电磁感应原理分析，避免误解屏蔽机制。 我国新材料成果的特性区分：T1200级碳纤维侧重高强度、轻量化，MXene侧重导电性与电磁屏蔽，氧化镓侧重铁电性与半导体特性，解题时需结合情境匹配材料特性，避免混淆。 四、科技热点6-新材料与高端制造专项精练 6.1力学：强韧构效，解析新材料力学特性 1.某伞具制造企业研发了一种新型材料制作伞面，为了测评新材料承受暴雨的能力，测试小组将横截面直径为d的水流以速度v垂直射到要检测的材料上，碰到材料后水的速度减为零，已知水的密度为ρ，若水的重力影响不计，则此新材料受到水的冲力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】在t时间内，射到材料上的水质量为 对这些水，根据动量定理 解得 故选D。 2.为了研究新材料的抗打击能力，研究人员做了如下试验。用材料1做成甲物块，用材料2做成乙物块，两物块形状相同，并水平固定：同一型号子弹以相同的初动能分别水平射入两物块，子弹运动过程中受到的阻力恒定，完整的运动径迹如图所示。比较子弹在两物块中运动的整个过程，下列结论正确的是（　　） A．在甲中克服阻力做功更少 B．在甲中运动的时间更短 C．在甲中的动量变化量更大 D．在两物块中所受阻力冲量大小相等 【答案】D 【详解】ACD．子弹在两物块中运动动能变化量相同，动量变化量也相同，所以阻力做功相同，阻力冲量也相同。故AC错误，D正确； B．由，初速度相同，甲中位移更大，时间更长，B错误。 故选D。 3.石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖，用石墨烯超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现，科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯舱沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物质交换。 （1）若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h1的同步轨道站，求轨道站内质量为m1的货物相对地心运动的动能，设地球自转的角速度为ω，地球半径为R； （2）当电梯舱停在距地面高度h2=4R的站点时，求舱内质量m2=50kg的人对水平地板的压力大小，取地面附近的重力加速度g=10m/s2，地球自转的角速度ω=7.3×10-5rad/s，地球半径R=6.4×103km。 【答案】（1）；（2）11.5N 【详解】（1）因为同步轨道站与地球自转的角速度相等，则轨道站的线速度 货物相对地心的动能 （2）设地球的质量为M，人相对地心的距离为，向心加速度为，受地球的万有引力为F，则 设水平地板对人的支持力大小为N，人对地板的压力为，则 代入数据联立解得 4.如图甲是消防逃生滑道，可简化为乙图所示的斜面。某逃生滑道的倾角为，高度，人与滑道间动摩擦因数。逃生时人从滑道顶端A处由静止开始滑下，不计空气阻力，人可视为质点，重力加速度大小为。    (1)在图乙中处画出人下滑过程中的受力示意图，并求出下滑加速度的大小； (2)求人滑到斜面底端处时速度的大小和下滑过程所用的时间； (3)为了保障最高安全性，应使人滑到处时速度正好为零。可把滑道分成等长的两段，即。段动摩擦因数仍然为，求段动摩擦因数； (4)随着新材料新工艺的发展，人们制成了动摩擦因数与滑动位移成正比的特殊材料滑道，如图丙所示，已知。若采用该特殊材料的滑道，人从A点静止滑到C点，求人滑到C点时的速度大小。 【答案】(1)；(2)；4s(3)(4)0 【详解】（1）在图乙中处人下滑过程中的受力示意图，如图所示 由牛顿第二定律 联立，解得 （2）依题意，人在斜面上做匀加速直线运动，有 解得t=4s 人滑到斜面底端处时速度的大小 （3）由几何关系可知 根据动能定理 解得 （4）人从A点静止滑到C点，由动能定理可得 解得 5.研究新材料的力学性能通常需将样品加工成球状或块状与对比参照品进行碰撞实验，通过碰撞测定其恢复系数是研究材料性能的内容之一。正碰的恢复系数是碰撞前后两物体沿连线方向上的分离速度与接近速度之比，即甲、乙发生正碰，碰撞前甲速度为v甲0，乙速度为v乙0，碰撞后甲、乙两物体的分离速度分别为v1和v2，恢复系数可表示为。某次实验中，甲、乙两个物体在光滑水平桌面上沿同一直线运动，碰撞前、后甲的速度和乙的速度随时间的变化关系如图所示。已知甲的质量为1kg，乙的质量为10kg，求： （1）该碰撞过程的恢复系数e； （2）碰撞过程中有多少机械能转化为内能； （3）碰撞过程中某一时刻甲、乙两物体形变达到最大时甲的速度。 【答案】（1）；（2）1.25J；（3）m/s 【详解】（1）对于碰撞过程，根据动量守恒定律有 解得 由题意可得该碰撞过程的恢复系数为 （2）根据能量守恒定律可得碰撞过程中转化为内能的机械能为 （3）碰撞过程中当甲、乙物体速度相等时形变达到最大，设此时整体的速度为v，根据动量守恒定律有 解得 6.据报道，石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯舱沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物质交换，如图所示。 （1）若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为的同步轨道站，求轨道站内质量为的货物相对地心运动的动能。设地球自转的角速度为ω，地球半径为R； （2）当电梯舱停在距地面高度的站点时，求舱内质量的人对水平地板的压力大小。取地面两极附近的重力加速度，地球自转的角速度，地球半径； （3）用火箭发射人造地球卫星时，将卫星以一定的速度送入预定轨道。发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方。请分析这样选址有什么优点？ 【答案】（1）；（2）11.5N；（3）见解析 【详解】（1）设货物相对地心的距离为，线速度为 联立解得 货物相对地心运动的动能 （2）设地球质量为，人相对地心的距离为，向心加速度为，受地球的万有引力为，水平地板对人的支持力大小为，则有 联立并代入数据得 人对水平地板的压力大小为，由牛顿第三定律 （3）发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方，这样选址优点：由于发射卫星需要将卫星以一定的速度送入运动轨道，在靠进赤道处的地面上的物体的线速度最大，发射时较节能。 6.2热学：热导温控，优化材料能量响应 7.石墨烯中碳原子呈单层六边形结构。南京大学的科学家将多层石墨烯叠加，得到了一种结构规则的新材料，其中层与层间距约为六边形边长的两倍。则（　　） A．新材料属于晶体 B．新材料没有固定的熔点 C．低温下新材料中碳原子停止运动 D．层间相邻碳原子间作用力表现为斥力 【答案】A 【详解】A．晶体具有规则的空间结构，题目明确新材料“结构规则”，因此属于晶体，故A正确。 B．新材料为晶体，有固定的熔点，故B错误。 C．根据分子动理论，原子永不停息做无规则运动，低温时动能减小但不会停止，故C错误。 D．分子间作用力在间距较大时（超过平衡距离）表现为引力，层间距为六边形边长的两倍（较大），故作用力为引力，故D错误。 故选A。 8.石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是（　　） A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨烯中的碳原子始终静止不动 C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变 D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用 【答案】C 【详解】A．石墨有规则的形状是晶体，石墨烯是石墨中提取出来的新材料，也有规则的形状是晶体，故A错误； B．石墨中的碳原子是一直运动的，故B错误； C．石墨烯是晶体，在熔解过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，故C正确； D．石墨烯中的碳原子之间同时存在分子引力和分子斥力，故D错误。 故选C。 9.新材料的开发与应用极大地满足了社会的需求。以下关于新材料的说法中，正确的是（　　） A．半导体可用来制作LED灯的发光部件 B．半导体材料是具有优异特性的微电子材料 C．利用液晶的光学特性，制造的显示器能显示出各种颜色 D．采用研磨的方法可以获得细微的纳米粉末 【答案】ABC 【详解】A．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，LED灯的核心元件发光二极管是由半导体材料制成的，A正确； B．半导体材料是具有优异特性的微电子和光电子材料，以硅、锗、砷和镓为代表的半导体材料目前被广泛应用于微电子和光电子领域，B正确； C．在液晶中掺入少量多色性染料，当液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色，C正确； D．纳米材料的空间尺度很小，不可能采用研磨的方法获得纳米粉末，D错误。 故选ABC。 10.新材料的开发与应用极大地满足了社会的需求，以下关于新材料的说法中，正确的是（　　） A．半导体可用来制作LED灯的发光部件 B．从导电性能看，半导体的电阻率小于金属导体的电阻率 C．利用液晶的光学特性，制造的显示器能显示出各种颜色 D．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性 【答案】ACD 【详解】A．半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，LED灯的核心元件发光二极管是由半导体材料制成的，故A正确； B．从导电性能看，半导体的电阻率大于金属导体的电阻率，选项B错误； C．在液晶中掺入少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色；故C正确； D．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的可塑性，故D正确。 故选ACD。 11.石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体．作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”．已知1g石墨烯展开后面积可以达到2600m2，试计算每1m2石墨烯所含碳原子的个数．(阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，碳的原子质量M=12g/mol，结果保留两位有效数字) 【答案】1m2石墨烯所含原子个数 【详解】由题意可知，1m2石墨烯的质量为   所以，1m2石墨烯的物质的量为   得到1m2石墨烯所含原子个数 6.3电学：电磁调控，赋予材料特殊电性 12.某实验小组为了探究某种新材料的尺寸随温度变化的情况，设计了如图所示的实验装置，平行板电容器的上极板固定，下极板可随材料尺寸的变化上下移动。若材料温度改变时，电流传感器检测出方向如图所示的电流，下列说法正确的是（　　） A．电容器在放电 B．极板间电场强度变小 C．电容器电容变大 D．材料竖直方向尺寸减小 【答案】C 【详解】AC．由图可知，电流从电源正极流出，说明电容器在充电，则电容器极板上的电荷量增加，由 可知，由于U不变，则电容器电容变大，故A错误，C正确； BD．由公式 可知，电容器电容变大，和S不变，则d减小，可知，材料竖直方向尺寸增大，由公式 可知，极板间电场强度变大，故BD错误。 故选C。 13.一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有良好的导电性能，该新材料通过材料内部的自由电子导电，自由电子的电荷量为，单位面积内自由电子数为。如图所示，长为、宽为的新材料两端的电压为。已知该新材料内自由电子定向移动的速率为，则流过导体中的电流为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题可知，时间通过导体的电荷量 则流过导体的电流 故选B。 14.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状结构的新材料，其导电能力远超银和铜等传统材料。现设计一电路测量石墨烯样品中载流子（自由导电粒子）的浓度n，n为单位面积上的载流子个数。该载流子的电性及所带电荷量均与电子相同。图甲为测量原理图，长为l、宽为d的石墨烯材料垂直于磁场放置，P、Q、M、N为电极。电极P、Q间通以恒定电流I，电极M、N间产生大小为U的霍尔电压。已知某次测量中所通电流大小，元电荷。改变磁场的磁感应强度B，测量霍尔电压U，获得多组数据，得到关系图线如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．图甲中闭合开关S后，该样品中的载流子在水平方向从P定向运动到Q B．电极M的电势比电极N的电势高 C．图乙中图线的斜率 D．该样品的载流子浓度n约为个/ 【答案】D 【详解】A．载流子的电性及所带电荷量均与电子相同，电流方向由向，负电荷定向运动方向与电流方向相反，所以载流子在水平方向从向，故A错误。 B．由左手定则可知载流子向电极端偏转，电极的电势比电极的电势低，故B错误。 C．由题意知样品每平方米载流子数为，则时间内通过样品的电荷量 根据电流的定义式得 电流稳定时有 整理得 可知 即，故C错误。 D．由题给关系图像可知斜率 其中， 联立解得个，故D正确。 故选D。 15.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品单位面积的载流子（电子）数。如图所示，在长为a，宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间接入恒压直流电源、稳定时电流表示数为I，电极2、4之间的电压为U，已知电子电荷量为e，则（　　） A．电极2的电势比电极4的高 B．电子定向移动的速率为 C．电极2和4之间的电压与宽度a有关 D．二维石墨烯样品单位面积的载流子数为 【答案】D 【详解】A．根据图示可知，电流方向经过石墨烯样品向右，则电子定向移动速度方向向左，根据左手定则可知，电子在洛伦兹力作用下向电极2聚集，导致电极2的电势比电极4的低，故A错误； B．结合上述可知，稳定后电子向左做匀速直线运动，则有 解得，故B错误； C．令石墨烯样品厚为h，单位体积内的自由电子数目为n0，根据电流的微观定义式有 结合上述解得 可知，电极2和4之间的电压与宽度a无关，故C错误； D．石墨烯样品中自由电子定向移动速度为v，单位面积内的自由电子数目为n，根据电流的微观定义式有 结合上述有 则二维石墨烯样品单位面积的载流子数为，故D正确。 故选D。 16.一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有良好的导电性能，该新材料通过材料内部的自由电子导电，自由电子的电荷量为e。如图所示，长为l（l不等于1m）的新材料两端的电压为U，流过导体中的电流为I，沿电流方向单位长度内的自由电子数为n，则该新材料内自由电子定向移动的平均速率为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设自由电子定向移动的平均速率为，根据电流定义式可得 可得定向移动的平均速率为 故选B。 17.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状结构的新材料，其导电能力远超银和铜等传统材料。现设计一电路测量石墨烯样品的载流子（自由导电粒子）浓度，为单位面积上的载流子个数。该载流子的电性及所带电荷量均与电子相同。 图甲为测量原理图，长为、宽为的石墨烯材料垂直于磁场放置，P、Q、M、N为电极。电极P、Q间通以恒定电流，电极M、N间产生大小为的霍尔电压。改变磁场的磁感应强度，测量霍尔电压，获得多组数据，得到关系图线如图乙所示。已知某次测量中所通电流大小，元电荷。下列说法正确的是（　　） A．石墨烯与半导体的导电能力相当 B．电极的电势比电极的电势高 C．图乙中图线的斜率 D．该样品的载流子浓度约为个 【答案】D 【详解】A．已知石墨烯导电能力远超银和铜等传统材料，而半导体导电能力介于导体和绝缘体之间，石墨烯导电能力远强于半导体，故A错误； B．左手定则可知电子向电极M端偏转，电极的电势比电极的电势低，故B错误； C．题意知样品每平方米载流子（电子）数为n，则时间t内通过样品的电荷量 根据电流的定义式得 电流稳定时有 整理得 可知 联立解得 故C错误； D．图像可知斜率 其中 联立数据个 故D正确。 故选D。 18.近几年世界上对新材料的研究和发现有很多，新材料可以帮助人类的科技发展和提高人们的生活水平。某科研小组研究一块均匀的长方体新材料，长为，宽为，厚为。电流沿方向时测得样品的电阻为，则下列说法正确的是（　　） A．样品的电阻率为 B．样品的电阻率为 C．电流沿方向时样品的电阻为 D．电流沿方向时样品的电阻为 【答案】AD 【详解】AB．沿方向测得的电阻为，根据电阻定律即有 那么电阻率为 故A正确，B错误； CD．根据电阻定律，那么沿方向的电阻 故C错误，D正确。 故选AD。 19.在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要．我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子（参与导电的“带电粒子”）的电荷量的值是e（电子电量的绝对值），但不知道它的电性和载流子的数密度n（单位体积中载流子的数量）．为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块偏平的六面体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d（如图中所示）．现将这块样品接入电路中，且把靠外的偏平面标记为M，靠里的偏平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场．接通电键S，调节可变电阻R．使电路中产生合适的电流．然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压（也叫霍耳电压），从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度． （1）当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带___电（填“正”或“负”）； （2）为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有（写出物理量的含义并设定相应的符号）_______________________； （3）根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式__________． 【答案】 负 电路中的电流强度，间的电压 【详解】（1）[1]根据左手定则，载流子如果是正电荷，M板将带正电，是高电势，因此材料中的载流子带负电； （2）（3）[2][3]载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即 即 可得 根据电流微观表达式，有 联立解得 根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还需要测量间的电压与通过的电流。 6.4光学：光电响应，拓展新材料光学应用 20.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度，从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示．现将这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），用同种激光从光导纤维束端面EF射入，且光线与EF夹角为β，如图丙所示。则（　　） A．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小 B．该新材料的折射率为 C．若该激光在真空中波长为，则射入该新材料后波长变为 D．若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，则β角需满足 【答案】BCD 【详解】A．图甲中若减小入射角θ，则反射角减小，折射角也减小，则和折射光线之间的夹角将变大，选项A错误； B．由图乙可知，当入射角大于45°时，反射光线的强度不再变化，可知临界角为C=45°，则该新材料的折射率为 选项B正确； C．若该激光在真空中波长为，则 射入该新材料后波长变为 选项C正确； D．若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄，则β角需满足 解得 则若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，选项D正确。 故选BCD。 21.如图甲所示，为研究透明新材料的光学性质，用激光笔射出强度恒定的红光由空气沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成角，由光学传感器可以测量反射光的强度。实验获得从面反射的反射光的强度随角变化的情况如图乙所示。利用该材料做成的装饰灯如图丙所示，该装饰灯可简化为图丁所示模型，在棱长为的立方体中心有一个发出上述红光的点光源，红光在该材料中的传播速度为，已知光在真空中的传播速度为。 (1)求乙图中的； (2)在丁图中若不考虑反射光的射出，求立方体表面上有光射出的总面积。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）根据图像可得 由折射定律，可得 由全反射临界角，可得，所以 （2）每一侧面有光射出的区域为一圆形，半径满足 每一侧面有光射出的区域面积为 立方体表面有光射出的总面积为 22.如图所示，某一半圆柱体透明新材料的横截面为半圆，半径为R，一束激光由真空沿半圆柱体截面的半径方向射入圆心O处，光学传感器探测到折射光的光照强度随与底边的夹角变化，当时，探测器刚开始探测到激光。已知光在真空中的速度为c，，。 (1)求该透明材料的折射率n及激光发生全反射的临界角C； (2)若图中角度，求光在透明材料中传播的时间t（不考虑光的多次反射）。 【答案】(1)，(2) 【详解】（1）由题意知，当时发生全反射，则临界角 根据折射率与临界角的关系有 解得 （2）结合上述可知，当时，光在透明材料中发生全反射，则光在透明材料中传播的时间 根据折射率与光传播速度的关系有 解得 23.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成长为6m的细圆柱棒，如图甲所示。让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为。现将这种新材料制成一根半径的光导纤维束弯成半圆形暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），半圆形外半径为R，如图乙所示。 (1)求这种新材料的折射率n； (2)用同种激光垂直于光导纤维的端面射入，若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄，求半圆形的半径R。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）光在细圆柱棒中传输有 解得传播速度为 材料的折射率为 解得 （2）当入射光线越接近E点时，则光在光纤中的入射角越大，就越容易发生全反射，因此激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在光导纤维束内侧面发生全反射，临界光路图如图所示 根据几何关系可得 因为 联立解得 24.图1所示某种半圆柱形透明新材料的半径为，距圆心的弧形CD为光学传感器，可以探测光的强度。激光束由空气中沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成角射入，经AB面反射出来的光，由光学传感器CD探测到的光强随角度变化的情况如图2所示，图、图是由两种不同频率的激光束、分别单独射入时所得。若空气中的折射率与真空中相同，光在真空中的光速为，，，求： (1)这种新材料对激光束、的折射率之比； (2)激光束、从射入半圆柱形透明新材料到光学传感器CD接收到激光束信号的时间差值。 【答案】(1)0.625(2) 【详解】（1）由图知，对激光束，当时发生全反射，则 对激光束，当时发生全反射，则 则新材料对激光束、的折射率之比为 （2）在介质中激光束的速度为 在介质中激光束的速度为 在空气中的速度均为，而在介质中通过的路程都为，则通过的时间差为 解得 6.5原子：晶构微观，揭示材料组成本源 25.当某种光照射某新材料时，若发生光电效应，具有最大初动能的光电子形成相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得第1条亮纹与第5条亮纹中心的间距为Δx。已知电子的质量为m，普朗克常量为h，该新材料的逸出功为W0，则该光的频率为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据条纹间距公式，有 解得电子的德布罗意波长 由，可得电子的动量 根据 可得电子的动能 根据爱因斯坦光电效应方程，有 可得该光的频率为 故选C。 26.2021年开始实行的“十四五”规划提出，把新材料领域、生物工程、量子技术、热核反应和人工智能一起列为重点研发对象，中国已有多项专利领先发达国家，下列有关说法正确的是（　　） A．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性 B．原子核衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时放出一些特定频率的射线，因此射线是新核发生跃迁时的产物 C．动能相同的一个质子和电子，电子的德布罗意波长比质子的德布罗意波长短 D．核反应方程：为热核反应 【答案】B 【详解】A．德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，A错误； B．根据衰变的本质可知，原子核衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时放出一些特定频率的射线，因此射线是新核发生跃迁时的产物，B正确； C．根据 因为质子质量大于电子质量，所以质子动量大于电子的动量，由 可知质子的德布罗意波长比电子的短，C错误； D．太阳内部的两个轻核结合成质量较大的核，可在瞬间产生大量热能，发生的反应是热核反应，核反应方程为 D错误。 故选B。 27.用图甲装置研究透明新材料的光学性质。让激光沿着半圆形透明体的半径射到它的平直边上，光线在此界面上会发生反射和折射，光路图如图乙所示。逐渐增大入射角，光传感器探测到反射光的光功率随入射角的关系图像如图丙所示。已知光传感器接收该激光的光子能量为，光在真空中的传播速度为,普朗克常量为。求： (1)此透明材料的折射率； (2)当反射光的光功率为时，反射光线与折射光线的夹角； (3)该激光在新材料中的波长。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）由丙图可知，以后，反射光强不再变化 故得全反射临界角 由可得，此透明材料的折射率 （2）由丙图可知，当反射光的光功率为时，入射角，设此时折射角为 由折射定律知 故得， 由几何关系知，反射光线与折射光线的夹角 （3）光子能量 激光在新材料中的波速 三式联立得该激光在新材料中的波长 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 科技热点6：新材料与高端制造-探索新材料的力学与电磁特性 科技热点6：新材料与高端制造-探索新材料的力学与电磁特性目录 一、核心物理原理 1.新材料的力学特性（核心根基） 2.新材料的电磁特性（多维考点） 3.新材料制备的物理原理（热点情境） 4.新材料在高端制造中的综合应用原理（前沿热点） 5.新材料的热学特性（延伸考点） 二、典型高考试题情境 1.新材料力学特性类 2.新材料电磁特性类 3.新材料制备与热学类 4.新材料多维应用类 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点6-新材料与高端制造专项精练 6.1力学：强韧构效，解析新材料力学特性 6.2热学：热导温控，优化材料能量响应 6.3电学：电磁调控，赋予材料特殊电性 6.4光学：光电响应，拓展新材料光学应用 6.5原子：晶构微观，揭示材料组成本源 核心表述：坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，因地制宜发展新质生产力，建设现代化产业体系；实施新一轮制造业重点产业链高质量发展行动，强化产业基础再造和重大技术装备攻关，打造一批国家先进制造业集群。配套：培育壮大新兴产业和未来产业，构建促进专精特新中小企业发展壮大机制，培育独角兽企业。 新材料与高端制造是2026两会重点部署的战略性产业，以T1200级超高强度碳纤维、荷正电MXene材料、氧化镓半导体、耐极端环境锂电池材料为核心突破，是高考物理力学（受力分析、动量能量、固体压强）、电磁学（电磁感应、导电性、电磁屏蔽）、热学等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“巩固新材料领域领跑优势，推动高端制造升级，筑牢产业发展根基”，我国在高性能碳纤维、新型二维材料、宽禁带半导体等领域实现重大突破，彻底打破国外技术垄断，其底层物理逻辑核心是新材料的力学与电磁特性，深度贴合高中物理主干知识。 一、核心物理原理 1.新材料的力学特性（核心根基） 高端制造对新材料的力学性能要求极高，如高强度、轻量化、耐极端温度、抗腐蚀等，其力学特性是高考选择题、计算题、实验题的核心载体，贴合我国碳纤维、新型电池材料等突破成果： 强度与韧性：材料抵抗破坏（断裂、形变）的能力，核心关联力学中的应力（）、应变（），我国T1200级（SYT80）超高强度碳纤维，工程化量产强度突破8000MPa，是普通钢材的10倍，密度仅为钢材的1/4，1cm²截面积即可吊起满载的C919大飞机，完美契合固体力学计算考点，其高强度特性源于微观细晶化结构对缺陷的抑制作用。 弹性与塑性形变：新材料（如柔性有机光电材料、新型有机电池材料）可实现弹性形变（形变后恢复原状），部分材料兼具塑性，考查胡克定律（）、弹性势能（），我国柔性有机光电材料在保持高能量输出的同时，可反复大幅拉伸而不破损，体现优异的弹性特性，适配可穿戴设备、电子皮肤等应用场景。 耐极端环境力学特性：耐高低温、抗高压是高端制造新材料的核心要求，如T1000级碳纤维在惰性环境中可承受1000℃高温、零下180℃极寒，仍能保持性能稳定；新型有机锂电池可在-70℃到80℃正常工作，弯折、挤压后无破损，考查温度对材料力学性能的影响、力的平衡与能量转化，贴合航空航天、极寒地区应用需求。 轻量化与压强计算：高端制造（航空航天、低空经济、具身智能）追求轻量化，新材料的低密度特性可大幅降低装备重量，提升效能，考查固体压强（）、密度公式（），如T1200级碳纤维应用于卫星结构件，可实现10%以上减重，提升装备载荷效率。 2.新材料的电磁特性（多维考点） 电磁特性是新材料适配高端制造、新能源、电子信息领域的核心，如导电性、电磁屏蔽、铁电性等，其原理贴合电磁学、半导体物理，是高考综合题的重要载体，贴合我国MXene材料、氧化镓半导体等突破： 导电性与电阻调控：新型导电材料（如荷正电MXene、柔性导电聚合物）的导电能力可精准调控，核心关联电阻定律（ ）、电流微观表达式（ ），我国研发的荷正电MXene材料具有优异导电性，可用于储能、电磁屏蔽领域，其绿色制备工艺突破传统技术瓶颈，考查材料电阻率与微观结构的关系。 电磁屏蔽与电磁波反射：高端制造（精密仪器、芯片、航天装备）需防电磁干扰，新型电磁屏蔽材料（MXene、碳纤维复合材料）可吸收、反射电磁波，考查电磁波传播（ ）、电磁感应，其原理是材料中的自由电子在电磁波作用下产生感应电流，消耗电磁波能量，实现屏蔽效果。 铁电性与记忆存储：宽禁带半导体氧化镓的室温本征铁电性被实验验证，使其具备记忆存储功能，核心关联电场与极化现象，考查电场对材料内部电荷的作用，为半导体技术开辟新路径，贴合芯片、存储器件高端制造需求。 光电与电磁转化：柔性有机光电材料、铜锌锡硫硒太阳能电池材料，可实现光能与电能的转化，核心是光电效应（ ）、光生伏特效应，我国铜锌锡硫硒太阳能电池光电转换效率突破15%，考查能量转化、电功率计算，适配新能源与高端制造融合场景。 3.新材料制备的物理原理（热点情境） 两会强调突破新材料制备“卡脖子”技术，我国在绿色制备、工程化量产等领域实现突破，其制备过程贴合热学、分子动理论，是高考创新命题的重要素材： 绿色制备与能量转化：我国团队开发的荷正电MXene绿色制备工艺，采用深共晶溶剂一步制备，避免传统复杂流程，考查热传导、能量守恒，溶剂的绿色环保特性贴合“双碳”理念，也体现材料制备中的能量损耗控制。 高温熔融与结晶：碳纤维、半导体材料制备中，需通过高温熔融、精准控温实现晶体生长，如T1000级碳纤维聚合过程要求控温精度达到±0.1℃，考查热平衡、热传导（ ），温度控制直接影响材料微观结构与力学、电磁性能。 纳米级缺陷控制：T1200级碳纤维量产中，需解决纳米级缺陷对强度的影响，通过建立缺陷数据库、优化配方，实现细晶化结构，考查分子动理论、固体微观结构，缺陷控制是提升材料性能的关键，也是高考创新题的切入点。 4.新材料在高端制造中的综合应用原理（前沿热点） 两会部署推动新材料与高端制造深度融合，应用场景涵盖航空航天、具身智能、低空经济等领域，其原理是力学与电磁特性的综合应用，贴合高考综合考查趋势： 航空航天领域：碳纤维复合材料用于火箭、卫星、深空探测器，利用其高强度、轻量化、耐极端温度特性，考查受力分析、动量守恒、能量转化，如探测器着陆时新材料的缓冲作用，贴合深空探测重大工程。 新能源与储能领域：新型锂电池材料（氟代烃溶剂电解液、有机正极材料），兼具高能量密度与耐极端温度特性，能量密度最高达700瓦时/公斤，极寒环境下仍能高效放电，考查能量守恒、电功率、电路规律，适配新能源汽车、具身智能机器人等场景[10]。 柔性电子领域：柔性有机光电材料、导电聚合物，用于可穿戴设备、电子皮肤，利用其弹性与导电性，考查电磁感应、能量转化，材料的拉伸过程中需保持导电性能稳定，贴合“人工智能+”智能终端推广需求。 精密制造领域：MXene材料用于精密仪器、电磁屏蔽器件，利用其优异的电磁特性与力学稳定性，考查电磁屏蔽、压强计算，适配高端机床、深海潜航器等极端工况应用。 5.新材料的热学特性（延伸考点） 热学特性是新材料适配极端环境、保障高端装备稳定运行的关键，贴合我国耐高低温材料突破，是高考热学考点的重要延伸： 热稳定性与热膨胀：新材料（如碳纤维、氧化镓）的热膨胀系数极小，在极端温度变化下体积变化微弱，考查热膨胀规律、热力学第一定律，避免装备因热胀冷缩损坏，贴合航空航天、极寒地区应用需求。 热传导与散热：高端芯片、精密仪器中的散热材料，利用高导热特性（如石墨烯复合材料）快速传导热量，考查热传导公式、能量守恒，避免设备因过热失效，贴合芯片高端制造需求。 二、典型高考试题情境 1.新材料力学特性类 强度与压强计算：已知T1200级碳纤维的强度（8000MPa）、密度，求1cm²截面积碳纤维能承受的最大拉力，计算其吊起满载C919大飞机（80吨）时的应力，考查应力公式、压强公式、密度计算，贴合我国碳纤维全球首发成果。 弹性形变与能量：已知柔性有机光电材料的劲度系数，求其拉伸过程中的弹性势能、外力做功，考查胡克定律、弹性势能公式，贴合柔性电子应用场景。 耐极端环境力学分析：已知新型锂电池材料在-50℃与25℃时的弹性模量，分析温度对材料力学性能的影响，计算其在极寒环境下承受的最大压力，考查力的平衡、温度对材料特性的影响。 实验：探究新材料的力学特性，测量碳纤维的拉伸强度、弹性形变，考查实验设计、数据处理、误差分析，适配高考实验题趋势。 2.新材料电磁特性类 导电性与电阻计算：已知荷正电MXene材料的电阻率、长度、横截面积，求其电阻、电流大小，对比传统导电材料，分析其导电优势，考查电阻定律、电流微观表达式，贴合我国MXene材料突破。 电磁屏蔽与电磁波：已知MXene电磁屏蔽材料的厚度、电磁波频率，求电磁波的波长、屏蔽效率，考查电磁波传播公式，贴合精密仪器、芯片电磁防护需求[5]。 光电效应应用：已知铜锌锡硫硒太阳能电池的入射光频率、逸出功，求光电子最大初动能、光电转换效率，考查光电效应方程，呼应我国光伏新材料突破。 铁电性与电场：结合氧化镓的室温铁电性，分析电场对材料极化的影响，考查电场力、电势差，贴合半导体存储器件应用。 3.新材料制备与热学类 制备过程热计算：已知碳纤维聚合过程的控温精度、热导率，求热传导功率、温度变化，考查热传导公式、热平衡，贴合T1000级碳纤维量产工艺。 缺陷控制与微观结构：分析纳米级缺陷对碳纤维强度的影响，结合分子动理论，判断缺陷减少对材料应力的改变，考查固体微观结构、应力计算，贴合T1200级碳纤维技术突破。 绿色制备能量分析：已知MXene绿色制备过程的能量损耗、溶剂比热容，求制备过程中的温度变化、能量利用率，考查能量守恒、比热容公式，贴合绿色制造理念。 4.新材料多维应用类 航空航天综合：碳纤维复合材料用于卫星结构件，已知卫星质量、轨道高度，结合碳纤维的密度、强度，求结构件体积、能承受的最大载荷，考查密度、压强、万有引力，贴合深空探测部署。 新能源与储能综合：已知新型锂电池的能量密度、功率，求其续航时间、充放电过程中的能量损耗，结合其耐极端温度特性，分析极寒环境下的性能变化，考查能量守恒、电功率，呼应我国新型电池突破。 柔性电子综合：柔性有机光电材料用于可穿戴设备，已知材料的拉伸量、电阻变化，求拉伸过程中的弹性势能、电流变化，考查胡克定律、电阻定律、电磁感应，贴合“人工智能+”智能终端需求。 三、备考清单 1.必背公式 力学相关：应力、应变、胡克定律 、弹性势能、压强 、密度 电磁相关：电阻定律 、电流微观 、光电效应 、电磁波 热学相关：热传导 、热量 、热力学第一定律 2.核心模型 新材料力学特性模型（强度、弹性、耐极端温度，贴合碳纤维、柔性材料） 新材料电磁特性模型（导电性、电磁屏蔽、铁电性，贴合MXene、氧化镓） 新材料制备模型（高温控温、缺陷控制、绿色制备，贴合碳纤维、MXene量产） 新材料综合应用模型（航空航天、储能、柔性电子，贴合高端制造场景） 热学与力学/电磁学融合模型（热稳定性、散热，贴合极端环境应用） 3.易错提醒 应力与压强的区别：应力是材料内部的相互作用力，压强是外部压力产生的效果，二者公式形式相同（ 、 ），但物理意义不同，解题时需注意区分，如碳纤维的强度用应力表示，装备对材料的作用用压强表示。 新材料的导电性调控：MXene、导电聚合物等材料的导电性可通过微观结构、掺杂调控，并非固定不变，解题时需结合题干给出的电阻率、载流子浓度等条件计算，不可盲目套用常规材料参数。 温度对材料特性的影响：多数新材料的力学、电磁特性随温度变化显著（如锂电池在极寒环境下能量密度下降），解题时需考虑温度的影响，避免忽略温度因素导致计算错误。 弹性形变与塑性形变的区分：柔性材料的弹性形变可恢复，塑性形变不可恢复，解题时需结合材料特性判断形变类型，如柔性有机光电材料的拉伸的属于弹性形变，碳纤维的断裂属于塑性形变。 电磁屏蔽的原理：是材料吸收、反射电磁波，并非“阻挡”电磁波，其核心是感应电流消耗电磁波能量，解题时需结合电磁感应原理分析，避免误解屏蔽机制。 我国新材料成果的特性区分：T1200级碳纤维侧重高强度、轻量化，MXene侧重导电性与电磁屏蔽，氧化镓侧重铁电性与半导体特性，解题时需结合情境匹配材料特性，避免混淆。 四、科技热点6-新材料与高端制造专项精练 6.1力学：强韧构效，解析新材料力学特性 1.某伞具制造企业研发了一种新型材料制作伞面，为了测评新材料承受暴雨的能力，测试小组将横截面直径为d的水流以速度v垂直射到要检测的材料上，碰到材料后水的速度减为零，已知水的密度为ρ，若水的重力影响不计，则此新材料受到水的冲力大小为（　　） A． B． C． D． 2.为了研究新材料的抗打击能力，研究人员做了如下试验。用材料1做成甲物块，用材料2做成乙物块，两物块形状相同，并水平固定：同一型号子弹以相同的初动能分别水平射入两物块，子弹运动过程中受到的阻力恒定，完整的运动径迹如图所示。比较子弹在两物块中运动的整个过程，下列结论正确的是（　　） A．在甲中克服阻力做功更少 B．在甲中运动的时间更短 C．在甲中的动量变化量更大 D．在两物块中所受阻力冲量大小相等 3.石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖，用石墨烯超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现，科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯舱沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物质交换。 （1）若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h1的同步轨道站，求轨道站内质量为m1的货物相对地心运动的动能，设地球自转的角速度为ω，地球半径为R； （2）当电梯舱停在距地面高度h2=4R的站点时，求舱内质量m2=50kg的人对水平地板的压力大小，取地面附近的重力加速度g=10m/s2，地球自转的角速度ω=7.3×10-5rad/s，地球半径R=6.4×103km。 4.如图甲是消防逃生滑道，可简化为乙图所示的斜面。某逃生滑道的倾角为，高度，人与滑道间动摩擦因数。逃生时人从滑道顶端A处由静止开始滑下，不计空气阻力，人可视为质点，重力加速度大小为。    (1)在图乙中处画出人下滑过程中的受力示意图，并求出下滑加速度的大小； (2)求人滑到斜面底端处时速度的大小和下滑过程所用的时间； (3)为了保障最高安全性，应使人滑到处时速度正好为零。可把滑道分成等长的两段，即。段动摩擦因数仍然为，求段动摩擦因数； (4)随着新材料新工艺的发展，人们制成了动摩擦因数与滑动位移成正比的特殊材料滑道，如图丙所示，已知。若采用该特殊材料的滑道，人从A点静止滑到C点，求人滑到C点时的速度大小。 5.研究新材料的力学性能通常需将样品加工成球状或块状与对比参照品进行碰撞实验，通过碰撞测定其恢复系数是研究材料性能的内容之一。正碰的恢复系数是碰撞前后两物体沿连线方向上的分离速度与接近速度之比，即甲、乙发生正碰，碰撞前甲速度为v甲0，乙速度为v乙0，碰撞后甲、乙两物体的分离速度分别为v1和v2，恢复系数可表示为。某次实验中，甲、乙两个物体在光滑水平桌面上沿同一直线运动，碰撞前、后甲的速度和乙的速度随时间的变化关系如图所示。已知甲的质量为1kg，乙的质量为10kg，求： （1）该碰撞过程的恢复系数e； （2）碰撞过程中有多少机械能转化为内能； （3）碰撞过程中某一时刻甲、乙两物体形变达到最大时甲的速度。 6.据报道，石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯舱沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物质交换，如图所示。 （1）若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为的同步轨道站，求轨道站内质量为的货物相对地心运动的动能。设地球自转的角速度为ω，地球半径为R； （2）当电梯舱停在距地面高度的站点时，求舱内质量的人对水平地板的压力大小。取地面两极附近的重力加速度，地球自转的角速度，地球半径； （3）用火箭发射人造地球卫星时，将卫星以一定的速度送入预定轨道。发射场一般选择在尽可能靠近赤道的地方。请分析这样选址有什么优点？ 6.2热学：热导温控，优化材料能量响应 7.石墨烯中碳原子呈单层六边形结构。南京大学的科学家将多层石墨烯叠加，得到了一种结构规则的新材料，其中层与层间距约为六边形边长的两倍。则（　　） A．新材料属于晶体 B．新材料没有固定的熔点 C．低温下新材料中碳原子停止运动 D．层间相邻碳原子间作用力表现为斥力 8.石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是（　　） A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨烯中的碳原子始终静止不动 C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变 D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用 9.新材料的开发与应用极大地满足了社会的需求。以下关于新材料的说法中，正确的是（　　） A．半导体可用来制作LED灯的发光部件 B．半导体材料是具有优异特性的微电子材料 C．利用液晶的光学特性，制造的显示器能显示出各种颜色 D．采用研磨的方法可以获得细微的纳米粉末 10.新材料的开发与应用极大地满足了社会的需求，以下关于新材料的说法中，正确的是（　　） A．半导体可用来制作LED灯的发光部件 B．从导电性能看，半导体的电阻率小于金属导体的电阻率 C．利用液晶的光学特性，制造的显示器能显示出各种颜色 D．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性 11.石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体．作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”．已知1g石墨烯展开后面积可以达到2600m2，试计算每1m2石墨烯所含碳原子的个数．(阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，碳的原子质量M=12g/mol，结果保留两位有效数字) 6.3电学：电磁调控，赋予材料特殊电性 12.某实验小组为了探究某种新材料的尺寸随温度变化的情况，设计了如图所示的实验装置，平行板电容器的上极板固定，下极板可随材料尺寸的变化上下移动。若材料温度改变时，电流传感器检测出方向如图所示的电流，下列说法正确的是（　　） A．电容器在放电 B．极板间电场强度变小 C．电容器电容变大 D．材料竖直方向尺寸减小 13.一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有良好的导电性能，该新材料通过材料内部的自由电子导电，自由电子的电荷量为，单位面积内自由电子数为。如图所示，长为、宽为的新材料两端的电压为。已知该新材料内自由电子定向移动的速率为，则流过导体中的电流为（　　） A． B． C． D． 14.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状结构的新材料，其导电能力远超银和铜等传统材料。现设计一电路测量石墨烯样品中载流子（自由导电粒子）的浓度n，n为单位面积上的载流子个数。该载流子的电性及所带电荷量均与电子相同。图甲为测量原理图，长为l、宽为d的石墨烯材料垂直于磁场放置，P、Q、M、N为电极。电极P、Q间通以恒定电流I，电极M、N间产生大小为U的霍尔电压。已知某次测量中所通电流大小，元电荷。改变磁场的磁感应强度B，测量霍尔电压U，获得多组数据，得到关系图线如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．图甲中闭合开关S后，该样品中的载流子在水平方向从P定向运动到Q B．电极M的电势比电极N的电势高 C．图乙中图线的斜率 D．该样品的载流子浓度n约为个/ 15.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料，具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品单位面积的载流子（电子）数。如图所示，在长为a，宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间接入恒压直流电源、稳定时电流表示数为I，电极2、4之间的电压为U，已知电子电荷量为e，则（　　） A．电极2的电势比电极4的高 B．电子定向移动的速率为 C．电极2和4之间的电压与宽度a有关 D．二维石墨烯样品单位面积的载流子数为 16.一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有良好的导电性能，该新材料通过材料内部的自由电子导电，自由电子的电荷量为e。如图所示，长为l（l不等于1m）的新材料两端的电压为U，流过导体中的电流为I，沿电流方向单位长度内的自由电子数为n，则该新材料内自由电子定向移动的平均速率为（　　） A． B． C． D． 17.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状结构的新材料，其导电能力远超银和铜等传统材料。现设计一电路测量石墨烯样品的载流子（自由导电粒子）浓度，为单位面积上的载流子个数。该载流子的电性及所带电荷量均与电子相同。 图甲为测量原理图，长为、宽为的石墨烯材料垂直于磁场放置，P、Q、M、N为电极。电极P、Q间通以恒定电流，电极M、N间产生大小为的霍尔电压。改变磁场的磁感应强度，测量霍尔电压，获得多组数据，得到关系图线如图乙所示。已知某次测量中所通电流大小，元电荷。下列说法正确的是（　　） A．石墨烯与半导体的导电能力相当 B．电极的电势比电极的电势高 C．图乙中图线的斜率 D．该样品的载流子浓度约为个 18.近几年世界上对新材料的研究和发现有很多，新材料可以帮助人类的科技发展和提高人们的生活水平。某科研小组研究一块均匀的长方体新材料，长为，宽为，厚为。电流沿方向时测得样品的电阻为，则下列说法正确的是（　　） A．样品的电阻率为 B．样品的电阻率为 C．电流沿方向时样品的电阻为 D．电流沿方向时样品的电阻为 19.在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要．我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子（参与导电的“带电粒子”）的电荷量的值是e（电子电量的绝对值），但不知道它的电性和载流子的数密度n（单位体积中载流子的数量）．为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块偏平的六面体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d（如图中所示）．现将这块样品接入电路中，且把靠外的偏平面标记为M，靠里的偏平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场．接通电键S，调节可变电阻R．使电路中产生合适的电流．然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压（也叫霍耳电压），从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度． （1）当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带___电（填“正”或“负”）； （2）为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有（写出物理量的含义并设定相应的符号）_______________________； （3）根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式__________． 6.4光学：光电响应，拓展新材料光学应用 20.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度，从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示．现将这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），用同种激光从光导纤维束端面EF射入，且光线与EF夹角为β，如图丙所示。则（　　） A．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小 B．该新材料的折射率为 C．若该激光在真空中波长为，则射入该新材料后波长变为 D．若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，则β角需满足 21.如图甲所示，为研究透明新材料的光学性质，用激光笔射出强度恒定的红光由空气沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成角，由光学传感器可以测量反射光的强度。实验获得从面反射的反射光的强度随角变化的情况如图乙所示。利用该材料做成的装饰灯如图丙所示，该装饰灯可简化为图丁所示模型，在棱长为的立方体中心有一个发出上述红光的点光源，红光在该材料中的传播速度为，已知光在真空中的传播速度为。 (1)求乙图中的； (2)在丁图中若不考虑反射光的射出，求立方体表面上有光射出的总面积。 22.如图所示，某一半圆柱体透明新材料的横截面为半圆，半径为R，一束激光由真空沿半圆柱体截面的半径方向射入圆心O处，光学传感器探测到折射光的光照强度随与底边的夹角变化，当时，探测器刚开始探测到激光。已知光在真空中的速度为c，，。 (1)求该透明材料的折射率n及激光发生全反射的临界角C； (2)若图中角度，求光在透明材料中传播的时间t（不考虑光的多次反射）。 23.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成长为6m的细圆柱棒，如图甲所示。让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为。现将这种新材料制成一根半径的光导纤维束弯成半圆形暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），半圆形外半径为R，如图乙所示。 (1)求这种新材料的折射率n； (2)用同种激光垂直于光导纤维的端面射入，若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄，求半圆形的半径R。 24.图1所示某种半圆柱形透明新材料的半径为，距圆心的弧形CD为光学传感器，可以探测光的强度。激光束由空气中沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成角射入，经AB面反射出来的光，由光学传感器CD探测到的光强随角度变化的情况如图2所示，图、图是由两种不同频率的激光束、分别单独射入时所得。若空气中的折射率与真空中相同，光在真空中的光速为，，，求： (1)这种新材料对激光束、的折射率之比； (2)激光束、从射入半圆柱形透明新材料到光学传感器CD接收到激光束信号的时间差值。 6.5原子：晶构微观，揭示材料组成本源 25.当某种光照射某新材料时，若发生光电效应，具有最大初动能的光电子形成相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得第1条亮纹与第5条亮纹中心的间距为Δx。已知电子的质量为m，普朗克常量为h，该新材料的逸出功为W0，则该光的频率为（　　） A． B． C． D． 26.2021年开始实行的“十四五”规划提出，把新材料领域、生物工程、量子技术、热核反应和人工智能一起列为重点研发对象，中国已有多项专利领先发达国家，下列有关说法正确的是（　　） A．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性 B．原子核衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时放出一些特定频率的射线，因此射线是新核发生跃迁时的产物 C．动能相同的一个质子和电子，电子的德布罗意波长比质子的德布罗意波长短 D．核反应方程：为热核反应 27.用图甲装置研究透明新材料的光学性质。让激光沿着半圆形透明体的半径射到它的平直边上，光线在此界面上会发生反射和折射，光路图如图乙所示。逐渐增大入射角，光传感器探测到反射光的光功率随入射角的关系图像如图丙所示。已知光传感器接收该激光的光子能量为，光在真空中的传播速度为,普朗克常量为。求： (1)此透明材料的折射率； (2)当反射光的光功率为时，反射光线与折射光线的夹角； (3)该激光在新材料中的波长。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $