5.5 新材料及其应用（高效培优·讲义）物理新教材沪粤版八年级上册

5.5新材料及其应用 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 纳米材料 考点02 半导体材料 考点03 超导材料 03 避坑指南·解题通法 角度01 纳米材料的特性与应用 角度02 半导体材料的特性与应用 角度03超导材料的特性与应用 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1. 了解纳米材料、半导体材料、超导材料的基本特性（如纳米材料性能显著变化、半导体单向导电、超导材料零电阻） 2. 掌握三种新材料的典型应用场景，建立 “材料特性决定应用” 的认知。 3. 通过分析新材料特性与应用的对应关系（如纳米材料吸波性→隐形飞机涂层），培养从特性推导用途的逻辑推理能力 4. 对比三种材料的差异，提升分类归纳能力。 1. 参与 “浓墨涂层吸收电磁波”“探究二极管单向导电性” 等跨学科实践活动，掌握实验设计、现象观察、结果分析的基本方法 2. 能通过查阅资料了解新材料研究进展，提升探究能力。 3. 认识我国在超导材料等领域的世界先进成果，增强民族自信心 4. 体会新材料对科技发展的推动作用，培养关注科技前沿的意识。 考点01 纳米材料 1．核心定义：当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能会发生显著变化，这类材料称为纳米材料；纳米尺度带来的性能突变是纳米材料的核心特征。 2．典型特性与应用 力学特性：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，可用于制备高强度材料； 磁学特性：纳米磁性材料的磁记录密度远高于普通磁性材料，可用于高密度存储设备； 光学特性：纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的吸波涂层； 扩散特性：气体通过纳米材料的扩散速度远大于普通材料，可用于高效分离与过滤。 3．传统纳米材料实例：中国传统文房四宝中的墨是典型的纳米材料；由桐油或松油不完全燃烧生成的超微粒炭制成，对光和电磁波的吸收能力强、反射率极低，因此呈现黑色。 4．高频易错点 误认为纳米材料就是 “体积很小的材料”，核心是微粒达到纳米量级后物理性能发生显著突变，而非单纯尺寸小； 忽略传统纳米材料实例，墨的炭颗粒属于纳米尺度，是典型的纳米材料应用。 知识链接： 纳米颗粒具有优良的光、力、电、热、磁性质，应用前景极为广泛。预计纳米技术将超过计算机工业，成为未来信息技术时代的核心。到那时，纳米电子学将用量子元件代替微电子器件，巨型计算机可以装入口袋里；通过纳米技术，现在几吨重的卫星将可被制成仅有几克；微型机器人可进入人体血管进行工作。纳米技术将使人类进一步掌握物质的规律。 1．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，它还具有出色的导电性及导热性。由以上信息可推断，石墨烯不适合用来制作（　　） A．高压输电线 B．炒菜铁锅手柄 C．冲击钻的钻头 D．电饭锅的锅胆 【答案】B 【解析】A．石墨烯的导电性好，可以用来做高压输电线，故A不符合题意； B．石墨烯具有出色的导热性，不可以用来做炒菜铁锅手柄，故B符合题意； C．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，可以用来做冲击钻的钻头，故C不符合题意； D．石墨烯具有出色的导热性，可以用来做电饭锅的锅胆，故D不符合题意。 故选B。 2. 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】A 【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。 3. 纳米技术及其应用。 “纳米（nm）”是长度的度量单位，假设一根头发的直径是0.05mm，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。 nm。纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米的材料，强度和硬度大大高于原来的材料，且有良好的韧性。如图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线 （选填字母“a”或“b”或“c”）；由于纳米尺度的特殊性，则纳米粒子进入人体的途径可能是 。（选填字母“A”“B”或“C”“D”）①皮肤直接接触纳米粒子②呼吸时把纳米粒子吸入肺部③进食含有纳米粒子的食物 A．只有①和②    B．只有①和③    C．只有②和③    D．①、②和③ 【答案】 5×104 c D 【解析】[1]因 故 0.05mm=0.05×106nm=5×104nm [2]由题意可知，纳米材料的强度和硬度较大，分析图中曲线可知，在相同的时间时，c曲线的刀被磨损的程度最小，即其硬度最大，所以它代表的就是纳米陶瓷刀磨损过程。 [3]纳米粒子尺度较小，皮肤直接接触纳米粒子、呼吸、进食含有纳米粒子的食物均可让纳米粒子进入人体。故①②③均正确，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 考点02 半导体材料 1．材料定义：导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，叫做半导体材料。 2．常见半导体材料：锗、硅、砷化镓等。 3．核心器件与特性：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。 4．广泛应用领域 消费电子：电子表、收录机、数码照相机、电视机、计算机等； 工业与交通：现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机的电子控制系统； 照明领域：LED（发光二极管）的核心材料就是半导体，节能高效。 5．高频易错点 误认为半导体的导电性只是比导体弱一点，半导体的核心是导电性能介于导体与绝缘体之间，且导电特性可控； 混淆晶体二极管的导电方向，单向导电是正向导通、反向截止。 1. 2024年跨年夜，南昌在江边举办了烟火大会，如图所示。我们看到水面上滕王阁的倒影是由于光的 而形成的。两岸美丽的灯光秀采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是 材料。 【答案】 反射 半导体 【解析】[1]水面上滕王阁的倒影属于平面镜成像，是由于光的反射而形成的。 [2]制作LED灯的发光二极管主要使用的是半导体材料，具有单向导电性。 2. 2022年2月4日冬奥会开幕式，北京将一张亮丽的科技名片交给了世界，如图所示。 开幕式上，400名演员手持发光杆进行表演，发光杆中的光源是LED，它发出的白光其实是由红、绿、 三种光混合而成的，LED是 材料。 【答案】 蓝 半导体 【解析】[1]红、绿、蓝三种色光是光的三原色，LED发出的白光其实是由红、绿、蓝三种光混合而成的。 [2]LED本质是发光二极管，是半导体材料制成的。 3. 华为Mate60Pro的发布标志着我国在高端制造领域又一次超越，其搭载的麒麟处理器为制程芯片。可换算成 m，芯片的主要材料是 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。部分手机的散热材料是石墨烯晶体，用石墨烯做散热材料是因为它具有优良的 （选填“导热”或“导电”）性能。 【答案】 5×10-9 半导体 导热 【解析】[1]因为1m=109nm，所以5nm可换算成5×10-9m。 [2]常见的半导体材料有：硅、锗、砷、镓等。芯片的核心部件是其中的电子芯片，是半导体硅制成的。 [3]由于石墨烯具有非常优良的导热性能，所以手机的散热材料选择石墨烯晶体，以增强散热性能。 考点03 超导材料 1．超导现象与超导性：当温度降低到某一临界值时，材料的电阻突然接近于零，电流几乎通行无阻，这种特性称为超导性。 2．发现历程：1911 年荷兰物理学家昂内斯在冷冻汞的实验中发现，温度降至 4.2 K（相当于 - 269 ℃）时，汞呈现超导性。 3．我国研究进展：我国研制的铜氧化物超导材料的零电阻温度已达到 134 K，铁基超导体临界温度率先突破 40 K，均处于世界先进水平；目前全球都在向常温超导的方向研究突破。 4．核心应用价值与前景 输电领域：用超导材料输电可大大减少电能损耗，节约能源和线路材料； 科技与医疗：在医学成像设备、信息技术、磁悬浮等领域都有重要应用。 5．高频易错点 误认为超导在常温下即可实现，目前超导材料都需要极低的温度才能实现超导状态，常温超导仍是研究方向； 误认为超导只有 “导电好” 一个特点，零电阻是初中阶段核心考点，同时超导还具有完全抗磁性等特性。 1. 超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛。常温下的超导体最适合制作（　　） A．高压输电线 B．白炽灯的灯丝 C．电熨斗发热体 D．家用保险丝 【答案】A 【解析】A．超导材料的电阻为零，导电能力强，且不产生热量，适合作输电导线，故A符合题意； BCD．超导材料的电阻为零，工作时不能产生热量，则不能作灯丝、电熨斗的发热体、保险丝，故BCD不符合题意。 故选A 2. 1987年，国际科坛的一场冠军争夺战举世瞩目，在激烈的角逐中我国领先的是（　　） A．原子能研究 B．低温超导研究 C．宇航技术研究 D．天体运动研究 【答案】B 【解析】1987年，中国、日本、美国在低温超导研究方面走在其它国家前面；中国在原子能研究、宇航技术研究、天体运动研究方面的科技水平不如在低温超导方面领先。 故选B。 3. 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。 新材料及其应用综合应用及解题步骤 1. 纳米材料：尺寸在纳米量级（1 nm = 10⁻⁹ m）的材料 （1）核心概念： 1 nm = 10⁻⁹ m；一根头发丝直径约为 7×10⁴~8×10⁴ nm（几十微米）。 当材料尺寸达到纳米级时，会表现出与宏观物体不同的特殊性能：强度增大、磁性增强、活性提高、熔点降低等。 （2）解题步骤： ① 单位换算题：1 nm = 10⁻⁹ m = 10⁻³ μm，注意与微米、毫米的换算关系。 ② 应用判断题：记住典型实例——纳米涂层（不沾水不沾油的自清洁玻璃）、纳米农药、纳米药物、纳米电池、碳纳米管（强度远超钢铁）。 ③ “特殊性能”题：凡说“尺寸小到纳米级后出现新性质”，核心原因是表面效应/尺寸效应，与化学成分无关。 （3）避坑点： 纳米材料不是“用纳米技术把材料磨碎”，而是性能在纳米尺度下发生根本改变的新型材料。 “纳米冰箱”“纳米洗衣机”等商品宣传若只是用了纳米涂层/抗菌材料，答题时按“利用纳米材料的特殊性能（如抗菌、易清洁）”表述。 2. . 半导体材料：导电能力介于导体与绝缘体之间 （1）核心概念： 常见的半导体材料：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓等。 半导体的三大特性（考点核心）： 压敏特性：受压后电阻发生变化（压力传感器）。 热敏特性：温度升高电阻减小（热敏电阻、测温仪）。 光敏特性：光照增强电阻减小（光敏电阻、光控开关、太阳能电池）。 用半导体做成的元件：二极管（单向导电性）、三极管（放大作用）、发光二极管（LED，省电、寿命长）、集成电路（芯片）。 （2）解题步骤： ① 判断题先看导电能力排序：绝缘体 < 半导体 < 导体。 ② 应用题抓关键词：“受压→压敏”、“受热/温度→热敏”、“受光→光敏”，对应到具体元件。 ③ 电路设计题：光控/温控电路 = 敏感电阻 + 电磁继电器（或控制电路），敏感电阻负责“感知”，继电器负责“执行”。 （3）避坑点： 半导体不是“半导电”，其导电能力可随条件（温度、光照、压力）显著变化，这正是它做传感器的原理。 太阳能电池板是半导体材料（硅），不是导体也不是超导体。 LED 灯的核心元件是发光二极管，具有单向导电性：电流只能从一个方向通过，反向不导通，这是判断二极管好坏和方向的依据。 3. 超导材料：温度降低到一定值时电阻变为零 （1）核心概念： 超导现象：某些物质在温度降低到一定程度（超导转变温度/临界温度）时，电阻突然变为零。 超导体电流：电阻为零 → 电流通过时不发热（不产生焦耳热），电能无损耗。 目前已实现“高温”超导（仍远低于室温），寻找常温超导材料是研究前沿。 （2）解题步骤（应用判断题）： ① 先看该器件是否“需要发热”：需要发热→不能用超导体；不需要发热、且发热是损耗→适合用超导体。 ② 适合超导体的应用：输电导线（零损耗）、电动机线圈、电磁铁/磁悬浮列车线圈（大电流强磁场不发热）、发电机的线圈。 ③ 不适合超导体的应用：电炉丝、电饭锅、电热水器、白炽灯丝——这些靠电流热效应工作，电阻为零就无法发热/发光。 （3）避坑点： 白炽灯、电热器绝对不能用超导体——高频陷阱，务必记住“超导体不能用来做电热器”。 磁悬浮列车：利用超导电磁铁产生强磁场实现悬浮，摩擦阻力极小、速度极快。 半导体的电阻随温度升高而减小，与一般金属导体（温度升高电阻增大）方向相反，比较类选择题常考。 角度01 纳米材料的特性与应用 1. 阅读材料，回答问题。 纳米材料 纳米材料可以制作具有特定性质的新材料，用纳米级金属微粉制成的材料强度和硬度更高，韧性良好，且熔点随粒子直径减小而降低，例如金的熔点为1064℃，但10nm金粉熔点降低到940℃，5nm金粉熔点降低到830℃，因而烧制温度可以大大降低。 2023年12月，武汉理工大学用磁性纳米粒子研制出可溶栓纳米机器人，通过静脉注射磁性纳米粒子，在磁力作用下形成棒状机器人疏通血管进行溶栓，如图甲所示。这些机器人在完成任务后可自动分解，可避免在血管内聚集和器官损伤，其磁性纳米粒子尺寸在1nm至100nm之间，结合了纳米材料的特性和磁性。 （1）纳米材料的优点是______（写出一点）； （2）纳米材料的熔点随着材料细粉直径的减小而______； （3）某种用于血管清理的纳米机器人，直径仅为20nm，合______m（）； （4）溶栓纳米机器人是拆分后从静脉注射入人体，在______作用下形成棒状机器人，进行溶栓； （5）假设一个磁性纳米粒子的质量为，则一个质量为的纳米机器人由______个磁性纳米粒子组成； （6）如图乙是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是______曲线（填字母）。 【答案】（1）强度和硬度更高，韧性良好；（2）降低；（3）；（4）磁力；（5）；（6）c 【解析】（1）由材料可知，纳米材料可以制作具有特定性质的新材料，用纳米级金属微粉制成的材料强度和硬度更高，韧性良好，且熔点随粒子直径减小而降低。 （2）由材料可知，纳米材料的熔点随粒子直径减小而降低，例如金的熔点为1064℃，但10nm金粉熔点降低到940℃，5nm金粉熔点降低到830℃，因而烧制温度可以大大降低。 （3）因为所以20nm=20×10-9m=2×10-8m （4）由材料可知，溶栓纳米机器人通过静脉注射磁性纳米粒子，在磁力作用下形成棒状机器人疏通血管进行溶栓。 （5）一个质量为的纳米机器人所含磁性纳米粒子个数为 （6）纳米级微粉烧制成的陶瓷不但强度高，并且有良好的韧性，纳米级陶瓷刀的硬度很高。合金钢刀、普通菜刀的硬度是比较接近的，所以二者的磨损曲线也会比较类似，由此可知，图中a、b曲线是普通菜刀、合金菜刀的磨损曲线，c是纳米级陶瓷刀的磨损曲线。 2. 雕刻刀能够雕刻玉石，说明刻刀比玉石的 大，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。 【答案】 硬度 延展性 透光 【解析】[1]硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，通过相互刻画的方式可以比较硬度大小，刻刀能在玉石上留下划痕，说明刻刀的硬度比玉石大。 [2]延展性是物质的一种机械性质，表示材料在受力而产生破裂之前，其塑性变形的能力，延展性分延性和展性。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；在外力作用下能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂，体现了纳米铜具有较好的延展性。 [3]在窗户安装玻璃，是因为玻璃有良好的透光性。 角度02 半导体材料 3. 科技强国，2023年8月29日搭载麒麟9000S芯片的华为Mate60Pro发布，麒麟9000S芯片是华为有自主知识产权的芯片，制造芯片的主要材料是（　　） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 【答案】B 【解析】芯片主要由半导体材料制成的，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 4. 2024年9月10日，华为发布了全球首款三折叠屏手机，如图所示。手机搭载了自家研发的麒麟芯片，这是先进的人工智能（AI）芯片。制造芯片的主要材料是（    ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 【答案】B 【解析】芯片主要是由半导体的材料制成的，具有单向导电性，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 角度03 超导材料 5. 新材料广泛应用于社会的各个领域，关于新材料的应用，下列说法中错误的是（　　） A．使用记忆合金弹簧制作的淋浴恒温阀门，实现了智能调节水温 B．超导材料用于制作电饭锅的发热体，可提高发热效率 C．硅光电池能够把太阳能直接转化为电能，且完全不会造成污染 D．纳米陶瓷具有一定的韧性，可以制造发动机缸体 【答案】B 【解析】A．记忆合金弹簧制作的淋浴阀门，在温度升高到一定程度时，它可伸长将阀门关闭，从而防止热水将人烫伤；在温度降低到一定程度时，它可缩短将阀门打开，从而实现了智能调节水温，故A正确； B．超导材料电阻值为0，根据焦耳定律，电流通过这种材料时产生的热量为0，故不能用超导材料用于制作电饭锅的发热体，故B错误； C．硅光电池是一种能把太阳能直接转化为电能的半导体器件，且完全不会造成污染，故C正确； D．陶瓷在通常情况下较脆，而用纳米超微颗粒制成的纳米陶瓷具有良好的韧性，可以制造发动机缸体，故D正确。 故选B。 6. LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（　　） A．半导体材料 B．金属材料 C．陶瓷材料 D．超导体材料 【答案】A 【解析】ED灯的核心元件是发光二极管，发光二极管的主要材料是半导体材料/。 故选A。 【例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。 【变式1-1】（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。 【变式1-2】（2023·四川攀枝花·中考真题）目前，制造手机芯片的材料主要为（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【解析】手机电脑的芯片的原料是晶圆，而晶圆的主要成分是硅，硅属于半导体材料，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【变式1-3】（2023·湖北宜昌·中考真题）下列有关材料的说法错误的是（　　） A．家庭电路中保险丝的导电性比导线好 B．LED灯中的发光二极管是用半导体材料做成的 C．撑杆跳高时使用的撑杆具有强度高、弹性好的特点 D．密度非常小、隔热性非常好的气凝胶可以用来做航天服 【答案】A 【解析】A．家庭电路中保险丝的导电性会稍差一点，电阻比导线会大一些，这样才容易发热，当电路发生短路或过载时，保险丝温度上升较快，就能够及时熔断以保障电路安全，故A错误，A符合题意； B．发光二极管是用只能单方向导通的材料生产的，这些材料是半导体材料，故B正确，B不符合题意； C．撑杆跳高时，人要借助撑杆的弹力跃的更高，撑杆要产生形变还不能断，所以使用的撑杆需要具有强度高、弹性好的特点，故C正确，C不符合题意； D．密度非常小，同样的体积时质量比较小，人会感觉很轻；隔热性非常好，有很优良的保暖作用，所以，气凝胶可以用来做航天服，故D正确，D不符合题意。 故选A。 ⚡基础速刷 1．数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（　　） A．石器时代 B．青铜器时代 C．铁器时代 D．“硅器”时代 【答案】D 【解析】A．石器时代表示当时人们是使用石器为主，故A不符合题意； B．青铜器时代表示人们是使用青铜器为标志，故B不符合题意； C．铁器时代表示人们是使用铁器为标志，故C不符合题意； D．“硅器”时代，指的是人们使用半导体材料为标志，故D符合题意。 故选D。 2．雕刻刀能够雕刻玉石，说明刻刀比玉石的______大，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______（选填“硬度”或“延展性”）。 【答案】 硬度 延展性 【解析】[1] 硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，通过相互刻画的方式可以比较硬度大小，刻刀能在玉石上留下划痕，说明刻刀的硬度比玉石大。 [2] 延展性是物质的一种机械性质，表示材料在受力而产生破裂之前，其塑性变形的能力，延展性分延性和展性。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；在外力作用下能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂，体现了纳米铜具有较好的延展性。 3．石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料．科学家利用多层石墨烯制成交替散热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的（　　） A．透光性好 B．延展性好 C．硬度大 D．导热性好 【答案】D 【解析】科学家利用多层石墨烯制成交替散热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，说明石墨烯的导热性能好，能将交通信号灯和电动汽车的热量散发出去，因此这是利用石墨烯的导热性能好，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 4. 纳米技术是现代高科技的热门领域，1米等于_________纳米。纳米材料在许多领域都有广泛应用，如纳米陶瓷具有良好的耐磨性和硬度，这是因为纳米颗粒的_________（选填“体积”或“表面积”）较小，使得其内部结构更加紧密。 【答案】 109 体积 【解析】由长度单位换算关系可知；纳米颗粒的尺度极小，自身的体积很小，颗粒间的排布可以更加紧密，让纳米陶瓷整体的内部结构更致密，因此具备更优异的硬度和耐磨性。 5. 如图所示，是北斗导航卫星上的一些芯片，它是由________材料制作的。 【答案】半导体 【解析】北斗导航卫星的芯片属于集成电路器件，核心制作材料是半导体。 6. 随着现代科技的发展，国内各大手机厂商都制造出了折叠屏手机，在技术和功能上都实现了前所未有的突破，手机的折叠屏主要由柔性发光二极管制成，其中制成发光二极管核心的材料主要是（　　） A．超导体材料 B．导体材料 C．半导体材料 D．绝缘体材料 【答案】C 【解析】发光二极管的核心制作材料是半导体，半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有适合制作二极管的特殊电学特性。故选C。 7. 我国自主研发的第三代碳化硅纤维已实现规模化量产。这种材料可承受1800℃以上高温，还可减少发动机内部热量向外传递，是适用于高速转动、摩擦剧烈的热端关键部件，被称为航空发动机的“中国筋骨”。该材料常温下电阻率较高，表现为绝缘体，随着温度升高导电性显著增强。关于该材料的物理属性，下列说法正确的是（　　） A．该材料的熔点极低，便于在常温下加工成型 B．该材料的导热性好，可用于制作散热片 C．该材料的耐磨性好，可用做机械的轴承 D．该材料的导电性较强，属于超导体材料 【答案】C 【解析】A．题干提到该材料可承受1800℃以上高温，说明其熔点极高，并非熔点极低，故A错误； B．题干指出该材料可减少发动机内部热量向外传递，说明其导热性差，不适合制作散热片，故B错误； C．题干说明该材料适用于高速转动、摩擦剧烈的部件，摩擦剧烈的场景需要材料具备良好的耐磨性，因此该材料可用做机械的轴承，故C正确； D．题干表明该材料常温下电阻率较高，表现为绝缘体，而超导体是指在特定条件下电阻为零的材料，该材料不属于超导体，故D错误。 故选C。 8. 如图所示，是发光二极管的示意图，它属于_________（选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。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，电路处于断路状态，这说明发光二极管具有_________导电性。 【答案】 半导体 单向 【解析】[1]生活中，我们常用的各种二极管是由半导体材料制成的，故发光二极管它属于半导体。 [2]在接入电路时，应使电流从较长的接线脚流入，从较短接线脚流出，否则电路处于开路，无法正常工作，这是因为发光二极管具有单向导电的特性。 9. 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】[1]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。 [2]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。 10. 华为智能手机所搭载的7纳米制造工艺麒麟980芯片，“在指甲盖大小的尺寸上塞进69亿个晶体管”，实现了性能与能效提升的新突破，这都得益于一种新型材料的研发。这种新型材料是（　　） A．超导材料 B．磁性材料 C．纳米材料 D．绝缘材料 【答案】C 【解析】由“在指甲盖大小的尺寸上塞进69亿个晶体管”知，这些零件所占空间体积极小，空间尺度在纳米级，所以属于纳米材料。 故选C。 🚀能力跃升 11. 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】[1]发光二极管是用半导体材料制成的。 [2]当降到一定温度时，导体的电阻变为零，叫做超导现象。 12. 各种新材料的应用正在改变我们的生活，坚硬的纳米材料——石墨烯，就是其中的一种。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它几乎是完全透明的，并有着出色的导电性和导热性，许多方面可以用来替代硅材料，下列物体中不适合使用石墨烯制作的是（　　） A．冰箱的保温层 B．防弹衣的防弹夹层 C．电脑元件的散热器 D．太阳能电池的电极 【答案】A 【解析】由材料知石墨烯具有坚硬、透明、导电性、导热性等物理性质； A．保温层要求导热性能差，而石墨烯具有优良的导电性和导热性，不适合做冰箱的保温隔热材料，故A符合题意； B．防弹衣要求强度高，石墨烯是人类已知强度最高的物质，可用于制作防弹衣的防弹夹层，故B不符合题意； C．石墨烯有着出色的导热性，可应用于电脑元件散热器，故C不符合题意； D．石墨烯可用于制造更耐热的太阳能电池，故D不符合题意。 故选A。 13. 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 14. 2023年9月21日15时48分，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲，新晋“太空教师”景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。空间站的能源主要靠太阳能电池板，其主要材料是 （选填“半导体”或“超导体”），工作时将太阳能直接转化为 能。 【答案】 半导体 电 【解析】[1][2]太阳能电池板是用半导体材料制作的，工作时吸收太阳能，将太阳能直接转化为电能供给空间站使用。 15. 2023 年8月29日，横空出世的华为新手机 mate60 向世界展示了中国高科技企业的集体实力。手机、智能家用电器、军事领域等都离不开芯片，芯片核心主要是由 材料制成的；科学家发现，铝在-271.76℃以下时，电阻变成了零，这就是 现象。 【答案】 半导体 超导 【解析】[1]半导体在介于导体和绝缘体之间的物质，芯片核心主要是由半导体材料制成的。 [2]当降到一定温度时，导体的电阻变为零，叫做超导现象。 16. 纳米材料是由纳米颗粒经过特殊制备得到的。室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍面不会断裂，表明纳米铜具有较好的 （选填“硬度”、“延展性”、“磁性”）。长期以来我国电脑及手机芯片核心技术受制于人，但如今我国华为已经研制出国产芯片，并且性能极佳。“芯片”所用材料是 。我国年仅22岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯电阻突然变为0，此现象中石墨烯是 。（后两个空选填“导体”、“半导体”或“超导体”） 【答案】 延展性 半导体 超导体 【解析】[1]由题意可知，室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍不会断裂，说明纳米铜比普通铜具有较好的延展性。 [2]半导体材料是在室温下导电性介于导体和绝缘体之间的一类功能材料，生活中常见的光敏电阻、热敏电阻和各类芯片都是由半导体材料制成。 [3]当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯电阻突然变为0，对电流没有阻碍作用，则石墨烯变成了超导体。 🌟思维挑战 17. 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。 【答案】（1） 单向；（2）导电性 好；（3）零 远距离输电 【解析】（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。 18. 请阅读《超导体》并回答下列小题。 超导体 1911年，荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯意外地发现，将水银冷却到-268.98℃时，水银的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与水银相类似的低温下失去电阻的特性，由于材料的这种特殊导电性能，昂内斯称其为超导态，处于这种状态的导体称为超导体。昂内斯由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。物质的温度低于它的临界温度（转变为超导的温度），这种物质才会有超导性。一般金属或合金的临界温度都很低，例如铅的临界温度是-265.97℃，要维持这么低的温度也是很困难的。在现阶段，超高压输电会有很大的损耗，因为电流通过输电线时会发热，而利用超导体则可最大限度地降低损耗。但由于临界温度较高的超导体在应用中面临着许多难题，从而限制了超导输电的应用。随着技术的发展，新的超导材料不断涌现，人们期盼着超导输电能在不久的将来得以实现。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）超导体是指在温度降低到足够低时，某些金属材料的___________会突然变为零的导体。当电流通过超导体时，超导体两端电压为___________V。 （2）超导体___________用来制作滑动变阻器。（选填“能”或“不能”）。 （3）利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为___________（选填“核能”、“化学能”或“内能”）所造成的能量损失。 【答案】 电阻 0 不能 内能 【解析】（1）[1] [2]当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这就是超导现象；由于电阻为零，当有电流通过时间，由欧姆定律可知，其两端的电压为0。 （2）[3]超导体的电阻为零，而滑动变阻器是依靠改变电阻来改变电流的，所以超导体不能用来制作滑动变阻器。 （3）[4]由焦耳定律可知，电流通过导体是会放出热量的，超导体的电阻为0，用超导体做输电导线时, 电流通过导线产生的热量为0，所以利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为内能所造成的能量损失。 19. 阅读短文，回答问题。 2018年，22岁中国科学家—曹原，因为石墨烯正式成为了“2018年度世界十大科学家之首”。22岁的少年曾提出问题，却被很多的科学家无视，他的坚持最后得到结果“两层石墨烯，旋转到特定的叠加之后，零阻力的材料得出来了，可以在常温下实现”。世界为之震惊，世界在此领域最大突破，打破世界107年的魔咒。他的科学，在短短的九个月，形成初步的商业化，手机充电可以缩短到16分钟，每年为全球省几千亿资金。若把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处，在输电线路、发电厂发电等方面若能采用超导材料，可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 人民日报披露一重大消息：浙江大学高分子科学与工程学系高超团队，再次有了一个更大的突破，研制出了一种新型石墨烯-铝电池：它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。经测试，它在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。石墨烯具有非常良好的光学特性，看上去几乎是透明的。石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲，石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形。 （1）石墨烯是一种导体，零阻力是指____________为零，这种现象叫做____________现象； （2）目前超导体的研究领域取得了许多成果，假设未来的某一天，超导体技术实现重大突破，可以用来制作____________。 （3）关于石墨烯材料的应用不合适的是____________。 A．电脑CPU散热片 B．镜子的反射膜 C．折叠手机屏 D．切割机刀片 【答案】（1电阻 超导；（2）输电导线；（3）B 【解析】（1）根据短文内容，“零阻力的材料”指的是电阻为零。在物理学中，当某些物质在特定条件下电阻变为零时，这种现象被称为超导现象。 （2）根据短文内容，超导体电阻为零，电流通过时不会产生热量损耗。因此它适合用于制作输电导线、电动机线圈等需要减少电能损耗的元件。 （3）A. 石墨烯导热性能好，适合制作电脑CPU散热片，故A不符合题意； B. 石墨烯几乎是透明的，透光性好、反射光的能力弱，不适合制作镜子的反射膜，故B符合题意； C. 石墨烯韧性好、可弯曲，适合制作折叠手机屏，故C不符合题意； D. 石墨烯是“已知强度最高的材料之一”，适合做切割工具，故D不符合题意。 故选B。 20. 当金属的温度降低时，它的电阻会减小。1911年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象。并不是所有物体都会发生超导现象，即使能够发生超导现象的物质，也需要极低的温度作为必要条件，物质电阻变为零的温度称为超导转变温度。以下是几种材料的超导转变温度： 物质 铝 铅 锡 水银 钨 超导转变温度 我国于1989年成功发现超导转变温度为的超导体材料，并且第一代材料已经研究成熟，在此基础上，第二代材料由于其成本更低适用于产业化运作而被市场看好，超导产品品类也逐渐增加；现已进行产业化运作的有超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能等。我国整体超导研究在部分领域已经处于国际先进水平，目前，各国科学家还在继续研究超导转变温度更高的超导体材料，以将超导应用到日常生产和生活中去。 （1）根据文中的描述，许多金属在低温条件下会失去电阻，这种现象称为______现象，达到这种现象的温度称为______温度。 （2）根据表中信息可知，的温度条件，可能使______变为超导体。 （3）假如科学家研制出常温超导材料，可否用它制作调节音响音量的电位器？请写下你的判断并说明你的判断依据：______。 【答案】（1）超导 超导转变；（2）铅；（3）不能，调节音量的电位器是通过改变自身电阻，进而调整电路电流来实现音量调节；而超导体在超导状态下电阻为零，无法通过改变其电阻来调节电流 【解析】（1）[1][2]根据文中的描述，金属在低温条件下失去电阻，电阻变为零的现象，被称为超导现象。达到这种现象的温度称为超导转变温度。 （2）根据表中信息可知，铅的超导转变温度为，的温度条件，可能使铅变为超导体。 （3）常温超导材料，不能制作调节音响音量的电位器。原因是：调节音量的电位器是通过改变自身电阻，进而调整电路电流来实现音量调节；而超导体在超导状态下电阻为零，无法通过改变其电阻来调节电流，因此不能用常温超导体制作该电位器。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.5新材料及其应用 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 纳米材料 考点02 半导体材料 考点03 超导材料 03 避坑指南·解题通法 角度01 纳米材料的特性与应用 角度02 半导体材料的特性与应用 角度03超导材料的特性与应用 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1. 了解纳米材料、半导体材料、超导材料的基本特性（如纳米材料性能显著变化、半导体单向导电、超导材料零电阻） 2. 掌握三种新材料的典型应用场景，建立 “材料特性决定应用” 的认知。 3. 通过分析新材料特性与应用的对应关系（如纳米材料吸波性→隐形飞机涂层），培养从特性推导用途的逻辑推理能力 4. 对比三种材料的差异，提升分类归纳能力。 1. 参与 “浓墨涂层吸收电磁波”“探究二极管单向导电性” 等跨学科实践活动，掌握实验设计、现象观察、结果分析的基本方法 2. 能通过查阅资料了解新材料研究进展，提升探究能力。 3. 认识我国在超导材料等领域的世界先进成果，增强民族自信心 4. 体会新材料对科技发展的推动作用，培养关注科技前沿的意识。 考点01 纳米材料 1．核心定义：当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能会发生显著变化，这类材料称为纳米材料；纳米尺度带来的性能突变是纳米材料的核心特征。 2．典型特性与应用 力学特性：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，可用于制备高强度材料； 磁学特性：纳米磁性材料的磁记录密度远高于普通磁性材料，可用于高密度存储设备； 光学特性：纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的吸波涂层； 扩散特性：气体通过纳米材料的扩散速度远大于普通材料，可用于高效分离与过滤。 3．传统纳米材料实例：中国传统文房四宝中的墨是典型的纳米材料；由桐油或松油不完全燃烧生成的超微粒炭制成，对光和电磁波的吸收能力强、反射率极低，因此呈现黑色。 4．高频易错点 误认为纳米材料就是 “体积很小的材料”，核心是微粒达到纳米量级后物理性能发生显著突变，而非单纯尺寸小； 忽略传统纳米材料实例，墨的炭颗粒属于纳米尺度，是典型的纳米材料应用。 知识链接： 纳米颗粒具有优良的光、力、电、热、磁性质，应用前景极为广泛。预计纳米技术将超过计算机工业，成为未来信息技术时代的核心。到那时，纳米电子学将用量子元件代替微电子器件，巨型计算机可以装入口袋里；通过纳米技术，现在几吨重的卫星将可被制成仅有几克；微型机器人可进入人体血管进行工作。纳米技术将使人类进一步掌握物质的规律。 1．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，它还具有出色的导电性及导热性。由以上信息可推断，石墨烯不适合用来制作（　　） A．高压输电线 B．炒菜铁锅手柄 C．冲击钻的钻头 D．电饭锅的锅胆 2. 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 3. 纳米技术及其应用。 “纳米（nm）”是长度的度量单位，假设一根头发的直径是0.05mm，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。 nm。纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米的材料，强度和硬度大大高于原来的材料，且有良好的韧性。如图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线 （选填字母“a”或“b”或“c”）；由于纳米尺度的特殊性，则纳米粒子进入人体的途径可能是 。（选填字母“A”“B”或“C”“D”）①皮肤直接接触纳米粒子②呼吸时把纳米粒子吸入肺部③进食含有纳米粒子的食物 A．只有①和②    B．只有①和③    C．只有②和③    D．①、②和③ 考点02 半导体材料 1．材料定义：导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，叫做半导体材料。 2．常见半导体材料：锗、硅、砷化镓等。 3．核心器件与特性：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。 4．广泛应用领域 消费电子：电子表、收录机、数码照相机、电视机、计算机等； 工业与交通：现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机的电子控制系统； 照明领域：LED（发光二极管）的核心材料就是半导体，节能高效。 5．高频易错点 误认为半导体的导电性只是比导体弱一点，半导体的核心是导电性能介于导体与绝缘体之间，且导电特性可控； 混淆晶体二极管的导电方向，单向导电是正向导通、反向截止。 1. 2024年跨年夜，南昌在江边举办了烟火大会，如图所示。我们看到水面上滕王阁的倒影是由于光的 而形成的。两岸美丽的灯光秀采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是 材料。 2. 2022年2月4日冬奥会开幕式，北京将一张亮丽的科技名片交给了世界，如图所示。 开幕式上，400名演员手持发光杆进行表演，发光杆中的光源是LED，它发出的白光其实是由红、绿、 三种光混合而成的，LED是 材料。 3. 华为Mate60Pro的发布标志着我国在高端制造领域又一次超越，其搭载的麒麟处理器为制程芯片。可换算成 m，芯片的主要材料是 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。部分手机的散热材料是石墨烯晶体，用石墨烯做散热材料是因为它具有优良的 （选填“导热”或“导电”）性能。 考点03 超导材料 1．超导现象与超导性：当温度降低到某一临界值时，材料的电阻突然接近于零，电流几乎通行无阻，这种特性称为超导性。 2．发现历程：1911 年荷兰物理学家昂内斯在冷冻汞的实验中发现，温度降至 4.2 K（相当于 - 269 ℃）时，汞呈现超导性。 3．我国研究进展：我国研制的铜氧化物超导材料的零电阻温度已达到 134 K，铁基超导体临界温度率先突破 40 K，均处于世界先进水平；目前全球都在向常温超导的方向研究突破。 4．核心应用价值与前景 输电领域：用超导材料输电可大大减少电能损耗，节约能源和线路材料； 科技与医疗：在医学成像设备、信息技术、磁悬浮等领域都有重要应用。 5．高频易错点 误认为超导在常温下即可实现，目前超导材料都需要极低的温度才能实现超导状态，常温超导仍是研究方向； 误认为超导只有 “导电好” 一个特点，零电阻是初中阶段核心考点，同时超导还具有完全抗磁性等特性。 1. 超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛。常温下的超导体最适合制作（　　） A．高压输电线 B．白炽灯的灯丝 C．电熨斗发热体 D．家用保险丝 2. 1987年，国际科坛的一场冠军争夺战举世瞩目，在激烈的角逐中我国领先的是（　　） A．原子能研究 B．低温超导研究 C．宇航技术研究 D．天体运动研究 3. 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 新材料及其应用综合应用及解题步骤 1. 纳米材料：尺寸在纳米量级（1 nm = 10⁻⁹ m）的材料 （1）核心概念： 1 nm = 10⁻⁹ m；一根头发丝直径约为 7×10⁴~8×10⁴ nm（几十微米）。 当材料尺寸达到纳米级时，会表现出与宏观物体不同的特殊性能：强度增大、磁性增强、活性提高、熔点降低等。 （2）解题步骤： ① 单位换算题：1 nm = 10⁻⁹ m = 10⁻³ μm，注意与微米、毫米的换算关系。 ② 应用判断题：记住典型实例——纳米涂层（不沾水不沾油的自清洁玻璃）、纳米农药、纳米药物、纳米电池、碳纳米管（强度远超钢铁）。 ③ “特殊性能”题：凡说“尺寸小到纳米级后出现新性质”，核心原因是表面效应/尺寸效应，与化学成分无关。 （3）避坑点： 纳米材料不是“用纳米技术把材料磨碎”，而是性能在纳米尺度下发生根本改变的新型材料。 “纳米冰箱”“纳米洗衣机”等商品宣传若只是用了纳米涂层/抗菌材料，答题时按“利用纳米材料的特殊性能（如抗菌、易清洁）”表述。 2. . 半导体材料：导电能力介于导体与绝缘体之间 （1）核心概念： 常见的半导体材料：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓等。 半导体的三大特性（考点核心）： 压敏特性：受压后电阻发生变化（压力传感器）。 热敏特性：温度升高电阻减小（热敏电阻、测温仪）。 光敏特性：光照增强电阻减小（光敏电阻、光控开关、太阳能电池）。 用半导体做成的元件：二极管（单向导电性）、三极管（放大作用）、发光二极管（LED，省电、寿命长）、集成电路（芯片）。 （2）解题步骤： ① 判断题先看导电能力排序：绝缘体 < 半导体 < 导体。 ② 应用题抓关键词：“受压→压敏”、“受热/温度→热敏”、“受光→光敏”，对应到具体元件。 ③ 电路设计题：光控/温控电路 = 敏感电阻 + 电磁继电器（或控制电路），敏感电阻负责“感知”，继电器负责“执行”。 （3）避坑点： 半导体不是“半导电”，其导电能力可随条件（温度、光照、压力）显著变化，这正是它做传感器的原理。 太阳能电池板是半导体材料（硅），不是导体也不是超导体。 LED 灯的核心元件是发光二极管，具有单向导电性：电流只能从一个方向通过，反向不导通，这是判断二极管好坏和方向的依据。 3. 超导材料：温度降低到一定值时电阻变为零 （1）核心概念： 超导现象：某些物质在温度降低到一定程度（超导转变温度/临界温度）时，电阻突然变为零。 超导体电流：电阻为零 → 电流通过时不发热（不产生焦耳热），电能无损耗。 目前已实现“高温”超导（仍远低于室温），寻找常温超导材料是研究前沿。 （2）解题步骤（应用判断题）： ① 先看该器件是否“需要发热”：需要发热→不能用超导体；不需要发热、且发热是损耗→适合用超导体。 ② 适合超导体的应用：输电导线（零损耗）、电动机线圈、电磁铁/磁悬浮列车线圈（大电流强磁场不发热）、发电机的线圈。 ③ 不适合超导体的应用：电炉丝、电饭锅、电热水器、白炽灯丝——这些靠电流热效应工作，电阻为零就无法发热/发光。 （3）避坑点： 白炽灯、电热器绝对不能用超导体——高频陷阱，务必记住“超导体不能用来做电热器”。 磁悬浮列车：利用超导电磁铁产生强磁场实现悬浮，摩擦阻力极小、速度极快。 半导体的电阻随温度升高而减小，与一般金属导体（温度升高电阻增大）方向相反，比较类选择题常考。 角度01 纳米材料的特性与应用 1. 阅读材料，回答问题。 纳米材料 纳米材料可以制作具有特定性质的新材料，用纳米级金属微粉制成的材料强度和硬度更高，韧性良好，且熔点随粒子直径减小而降低，例如金的熔点为1064℃，但10nm金粉熔点降低到940℃，5nm金粉熔点降低到830℃，因而烧制温度可以大大降低。 2023年12月，武汉理工大学用磁性纳米粒子研制出可溶栓纳米机器人，通过静脉注射磁性纳米粒子，在磁力作用下形成棒状机器人疏通血管进行溶栓，如图甲所示。这些机器人在完成任务后可自动分解，可避免在血管内聚集和器官损伤，其磁性纳米粒子尺寸在1nm至100nm之间，结合了纳米材料的特性和磁性。 （1）纳米材料的优点是______（写出一点）； （2）纳米材料的熔点随着材料细粉直径的减小而______； （3）某种用于血管清理的纳米机器人，直径仅为20nm，合______m（）； （4）溶栓纳米机器人是拆分后从静脉注射入人体，在______作用下形成棒状机器人，进行溶栓； （5）假设一个磁性纳米粒子的质量为，则一个质量为的纳米机器人由______个磁性纳米粒子组成； （6）如图乙是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是______曲线（填字母）。 2. 雕刻刀能够雕刻玉石，说明刻刀比玉石的 大，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。 角度02 半导体材料 3. 科技强国，2023年8月29日搭载麒麟9000S芯片的华为Mate60Pro发布，麒麟9000S芯片是华为有自主知识产权的芯片，制造芯片的主要材料是（　　） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 4. 2024年9月10日，华为发布了全球首款三折叠屏手机，如图所示。手机搭载了自家研发的麒麟芯片，这是先进的人工智能（AI）芯片。制造芯片的主要材料是（    ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 角度03 超导材料 5. 新材料广泛应用于社会的各个领域，关于新材料的应用，下列说法中错误的是（　　） A．使用记忆合金弹簧制作的淋浴恒温阀门，实现了智能调节水温 B．超导材料用于制作电饭锅的发热体，可提高发热效率 C．硅光电池能够把太阳能直接转化为电能，且完全不会造成污染 D．纳米陶瓷具有一定的韧性，可以制造发动机缸体 6. LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（　　） A．半导体材料 B．金属材料 C．陶瓷材料 D．超导体材料 【例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 【变式1-1】（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 【变式1-2】（2023·四川攀枝花·中考真题）目前，制造手机芯片的材料主要为（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【变式1-3】（2023·湖北宜昌·中考真题）下列有关材料的说法错误的是（　　） A．家庭电路中保险丝的导电性比导线好 B．LED灯中的发光二极管是用半导体材料做成的 C．撑杆跳高时使用的撑杆具有强度高、弹性好的特点 D．密度非常小、隔热性非常好的气凝胶可以用来做航天服 ⚡基础速刷 1．数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（　　） A．石器时代 B．青铜器时代 C．铁器时代 D．“硅器”时代 2．雕刻刀能够雕刻玉石，说明刻刀比玉石的______大，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______（选填“硬度”或“延展性”）。 3．石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料．科学家利用多层石墨烯制成交替散热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的（　　） A．透光性好 B．延展性好 C．硬度大 D．导热性好 4. 纳米技术是现代高科技的热门领域，1米等于_________纳米。纳米材料在许多领域都有广泛应用，如纳米陶瓷具有良好的耐磨性和硬度，这是因为纳米颗粒的_________（选填“体积”或“表面积”）较小，使得其内部结构更加紧密。 5. 如图所示，是北斗导航卫星上的一些芯片，它是由________材料制作的。 6. 随着现代科技的发展，国内各大手机厂商都制造出了折叠屏手机，在技术和功能上都实现了前所未有的突破，手机的折叠屏主要由柔性发光二极管制成，其中制成发光二极管核心的材料主要是（　　） A．超导体材料 B．导体材料 C．半导体材料 D．绝缘体材料 7. 我国自主研发的第三代碳化硅纤维已实现规模化量产。这种材料可承受1800℃以上高温，还可减少发动机内部热量向外传递，是适用于高速转动、摩擦剧烈的热端关键部件，被称为航空发动机的“中国筋骨”。该材料常温下电阻率较高，表现为绝缘体，随着温度升高导电性显著增强。关于该材料的物理属性，下列说法正确的是（　　） A．该材料的熔点极低，便于在常温下加工成型 B．该材料的导热性好，可用于制作散热片 C．该材料的耐磨性好，可用做机械的轴承 D．该材料的导电性较强，属于超导体材料 8. 如图所示，是发光二极管的示意图，它属于_________（选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。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，电路处于断路状态，这说明发光二极管具有_________导电性。 9. 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。 10. 华为智能手机所搭载的7纳米制造工艺麒麟980芯片，“在指甲盖大小的尺寸上塞进69亿个晶体管”，实现了性能与能效提升的新突破，这都得益于一种新型材料的研发。这种新型材料是（　　） A．超导材料 B．磁性材料 C．纳米材料 D．绝缘材料 🚀能力跃升 11. 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。 12. 各种新材料的应用正在改变我们的生活，坚硬的纳米材料——石墨烯，就是其中的一种。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它几乎是完全透明的，并有着出色的导电性和导热性，许多方面可以用来替代硅材料，下列物体中不适合使用石墨烯制作的是（　　） A．冰箱的保温层 B．防弹衣的防弹夹层 C．电脑元件的散热器 D．太阳能电池的电极 13. 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 14. 2023年9月21日15时48分，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲，新晋“太空教师”景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。空间站的能源主要靠太阳能电池板，其主要材料是 （选填“半导体”或“超导体”），工作时将太阳能直接转化为 能。 15. 2023 年8月29日，横空出世的华为新手机 mate60 向世界展示了中国高科技企业的集体实力。手机、智能家用电器、军事领域等都离不开芯片，芯片核心主要是由 材料制成的；科学家发现，铝在-271.76℃以下时，电阻变成了零，这就是 现象。 16. 纳米材料是由纳米颗粒经过特殊制备得到的。室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍面不会断裂，表明纳米铜具有较好的 （选填“硬度”、“延展性”、“磁性”）。长期以来我国电脑及手机芯片核心技术受制于人，但如今我国华为已经研制出国产芯片，并且性能极佳。“芯片”所用材料是 。我国年仅22岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯电阻突然变为0，此现象中石墨烯是 。（后两个空选填“导体”、“半导体”或“超导体”） 🌟思维挑战 17. 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。 18. 请阅读《超导体》并回答下列小题。 超导体 1911年，荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯意外地发现，将水银冷却到-268.98℃时，水银的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与水银相类似的低温下失去电阻的特性，由于材料的这种特殊导电性能，昂内斯称其为超导态，处于这种状态的导体称为超导体。昂内斯由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。物质的温度低于它的临界温度（转变为超导的温度），这种物质才会有超导性。一般金属或合金的临界温度都很低，例如铅的临界温度是-265.97℃，要维持这么低的温度也是很困难的。在现阶段，超高压输电会有很大的损耗，因为电流通过输电线时会发热，而利用超导体则可最大限度地降低损耗。但由于临界温度较高的超导体在应用中面临着许多难题，从而限制了超导输电的应用。随着技术的发展，新的超导材料不断涌现，人们期盼着超导输电能在不久的将来得以实现。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）超导体是指在温度降低到足够低时，某些金属材料的___________会突然变为零的导体。当电流通过超导体时，超导体两端电压为___________V。 （2）超导体___________用来制作滑动变阻器。（选填“能”或“不能”）。 （3）利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为___________（选填“核能”、“化学能”或“内能”）所造成的能量损失。 19. 阅读短文，回答问题。 2018年，22岁中国科学家—曹原，因为石墨烯正式成为了“2018年度世界十大科学家之首”。22岁的少年曾提出问题，却被很多的科学家无视，他的坚持最后得到结果“两层石墨烯，旋转到特定的叠加之后，零阻力的材料得出来了，可以在常温下实现”。世界为之震惊，世界在此领域最大突破，打破世界107年的魔咒。他的科学，在短短的九个月，形成初步的商业化，手机充电可以缩短到16分钟，每年为全球省几千亿资金。若把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处，在输电线路、发电厂发电等方面若能采用超导材料，可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 人民日报披露一重大消息：浙江大学高分子科学与工程学系高超团队，再次有了一个更大的突破，研制出了一种新型石墨烯-铝电池：它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。经测试，它在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量；同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。石墨烯具有非常良好的光学特性，看上去几乎是透明的。石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲，石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形。 （1）石墨烯是一种导体，零阻力是指____________为零，这种现象叫做____________现象； （2）目前超导体的研究领域取得了许多成果，假设未来的某一天，超导体技术实现重大突破，可以用来制作____________。 （3）关于石墨烯材料的应用不合适的是____________。 A．电脑CPU散热片 B．镜子的反射膜 C．折叠手机屏 D．切割机刀片 20. 当金属的温度降低时，它的电阻会减小。1911年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象。并不是所有物体都会发生超导现象，即使能够发生超导现象的物质，也需要极低的温度作为必要条件，物质电阻变为零的温度称为超导转变温度。以下是几种材料的超导转变温度： 物质 铝 铅 锡 水银 钨 超导转变温度 我国于1989年成功发现超导转变温度为的超导体材料，并且第一代材料已经研究成熟，在此基础上，第二代材料由于其成本更低适用于产业化运作而被市场看好，超导产品品类也逐渐增加；现已进行产业化运作的有超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能等。我国整体超导研究在部分领域已经处于国际先进水平，目前，各国科学家还在继续研究超导转变温度更高的超导体材料，以将超导应用到日常生产和生活中去。 （1）根据文中的描述，许多金属在低温条件下会失去电阻，这种现象称为______现象，达到这种现象的温度称为______温度。 （2）根据表中信息可知，的温度条件，可能使______变为超导体。 （3）假如科学家研制出常温超导材料，可否用它制作调节音响音量的电位器？请写下你的判断并说明你的判断依据：______。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $