第二章 物质世界的尺度、质量和密度
四、新材料及其应用
基础过关全练
知识点1 纳米材料
1.纳米技术是现代科学技术的前沿,下面有关其应用的说法错误的是 ( )
A.在电子和通信方面,用纳米薄层和纳米点制造纳米电子元件
B.在医疗方面,制造纳米结构药物以及生物传感器,研究生物膜和DNA的精细结构
C.在制造业方面,可以利用纳米机械制造蜜蜂大小的直升机
D.纳米技术只能用来测量微小颗粒的直径
2.某智能手机所搭载的国产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。计算机芯片、智能手机芯片等体积的微型化及性能的代际提升,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.半导体材料
3.纳米技术是研究尺寸在1~100 nm的材料的技术,0.05 mm= nm。金的熔点为1 064 ℃,但10 nm的金粉的熔点为940 ℃,5 nm的金粉熔点为830 ℃,则金属纳米颗粒的熔点 (选填“大于”“小于”或“等于”)同种金属的熔点。
知识点2 “绿色”能源
4.“绿色”能源的主要特点是 ( )
A.用途广泛 B.种类繁多
C.污染小 D.容易制造
5.【环境保护】(2022青海中考)清洁能源是指不排放污染物,能够直接用于生产、生活的能源。下列能源中都属于清洁能源的是 ( )
A.太阳能、石油 B.石油、风能
C.太阳能、风能 D.风能、煤炭
6.(2021湖南长沙中考)家住长沙县乡村的李老师在自家房子的屋顶上安装了一组太阳能电池板,电池板既能发电又能防屋顶漏水,夏季光照充足发电量大时,还能将剩余的电能并入电网。太阳能电池作为一种新能源产品,具有宽广的前景。太阳能电池板工作时将太阳能转化为 能,太阳能的优点是 (写出一点即可)。
知识点3 记忆合金
7.用形状记忆合金弹簧可打通被血栓堵塞的冠状动脉。使用时,先将形状记忆合金弹簧 ,插入内充冷水的导管里,用导管将它送入冠状动脉血栓中,由于体内热量使形状记忆合金弹簧 ,恢复 ,可将血栓撑开,打通冠状动脉。
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8.【新素材·现代科技】(2022山东青岛中考,9,★☆☆)浙江大学课题组成功研制出的“全碳气凝胶”是目前最轻的固态材料,哪怕将杯子大小的气凝胶放在狗尾草上,纤细的草须也不会被压弯(如图所示)。它具有优良的隔热性和很强的弹性,它还是吸油能力最强的材料之一,吸油量可高达自身质量的900倍。若将“全碳气凝胶”应用于实际生产和生活,以下设想不可行的是 ( )
A.制作轻盈的保暖服
B.治理海洋漏油污染
C.制作沙发坐垫
D.制作暖气散热片
9.(2022甘肃平川四中期中,5,★☆☆)“绿色”能源的开发使用有赖于 ( )
A.各种新材料的出现 B.社会的发展
C.非晶硅材料 D.多晶硅材料
10.【新素材·现代科技】(2023陕西兴平段考,6,★☆☆)科学家研发了一种被称作“超级塑料”的全新材料,名为2DPA-1,它比防弹玻璃还要强四到六倍,比钢材还要硬两倍,但密度只有钢材的,它极其坚固,又极其轻薄,它还很容易大批量生产,可以应用到更多新的领域。下列关于其用途的说法不恰当的是 ( )
A.制作手机的外壳
B.制作打桩机的重锤
C.制作防弹衣,更轻便更安全
D.制造汽车的材料,减少能耗
11.(2022陕西咸阳秦都电建学校期中,15,★★☆)火箭升空把人造卫星送到预定轨道后,在阳光的照射下,天线就会自动展开,恢复到原来的形状。由此可知,制作卫星天线的材料是 (选填“纳米”或“记忆合金”)材料,该材料具有良好的 (选填“导电性”或“延展性”);小风的哥哥买了一条领带,此领带有很强的自洁性能,不沾水也不沾油。由此可见,领带是由 (选填“纳米”或“记忆合金”)材料制成的。
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12.【科学态度与责任】阅读《新型材料》,回答问题。
新型材料
如图所示的是科技馆内展示的新型材料:纳米材料和复合材料
纳米材料是指由尺寸在1~100 nm之间的超微颗粒组成的材料。纳米是一个极小的长度单位,当材料颗粒小至纳米级别时,会赋予该材料很多特有的性质,是普通材料无法比拟的。
复合材料是两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。从古至今沿用的稻草增强黏土和已使用上百年的钢筋混凝土均是复合材料。复合材料具有重量轻、强度高、加工成型快、耐腐蚀等特点,被广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等领域。随着现代科技的发展,复合材料在航空工业上也起到十分重要的作用。
(1)纳米材料是指由尺寸在 之间的超微颗粒组成的材料;
(2)复合材料被广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等领域,主要因为复合材料具有 的特点;
(3)再写出一种你了解的新型材料的名称 。
答案全解全析
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1.D 纳米材料在力、热、声、光、电等方面都表现出许多特殊的性能。在电子和通信方面,制造储存器、显示器、传感器等电子元件,使器材尺寸小、运行速度快;在医疗方面,制造纳米结构药物以及生物传感器,研究生物膜和DNA的精细结构;在制造业方面,可以利用纳米机械制造蜜蜂大小的直升机等。
2.C 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,所以这种新型材料是纳米材料。
3.5×104 小于
解析 0.05 mm=0.05×106 nm=5×104 nm;金的熔点为1 064 ℃,10 nm的金粉的熔点为940 ℃,5 nm的金粉的熔点为830 ℃,这说明金属纳米颗粒的熔点小于同种金属的熔点。
4.C “绿色”能源也称清洁能源,对生态环境污染较小或无污染。
5.C 属于清洁能源的是太阳能、水能、地热能、风能等;煤、石油、天然气等化石能源使用时会造成污染,属于有污染的能源,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
6.电 清洁无污染(或能从自然界源源不断地获得)
解析 太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能;太阳能属于可再生能源,其优点是清洁无污染,取之不尽、用之不竭。
7.拉直 升温 原弹簧形状
解析 人体内温度较高,会使形状记忆合金弹簧的形状发生变化,因而可以先将形状记忆合金弹簧拉直,当它顺利到达血栓处后由于温度升高,弹簧恢复原状,从而把血栓撑开。
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8.D “全碳气凝胶”是目前最轻的固态材料,具有优良的隔热性和很强的弹性,还是吸油能力最强的材料之一,故可制作轻盈的保暖服、治理海洋漏油污染、制作沙发坐垫,故A、B、C不符合题意。“全碳气凝胶”具有优良的隔热性,故不适合制作暖气散热片,故D符合题意。
9.A “绿色”能源的开发是伴随着科技发展的过程中各种新型材料的出现逐渐发展的。
10.B 由题意可知,“超级塑料”有强度大、硬度大、密度小等物理特性且制作简单,适合制作手机外壳、汽车的材料、防弹衣,不适合制作打桩机的重锤。
11.记忆合金 延展性 纳米
解析 天线在阳光的照射下可重新展开,恢复原状,说明它具有形状记忆功能,该材料是记忆合金,具有良好的延展性;领带具有很强的自洁性能,不沾水也不沾油,则领带是由纳米材料制成的。
归纳总结 (1)形状记忆合金是指在发生了塑性变形后,加热到一定温度,还可以恢复原状的合金,这类合金在航空航天中应用广泛。
(2) 纳米材料是指由特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100 nm) 的极细颗粒组成的固体材料。纳米材料有许多与普通材料不同的特性
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12.(1)1~100 nm (2)重量轻、强度高、加工成型快、耐腐蚀 (3)石墨烯(其他新材料亦可)
解析 (1)纳米材料是指由尺寸在1~100 nm之间的超微颗粒组成的材料。
(2)由于复合材料的重量轻、强度高、加工成型快、耐腐蚀等特点,被广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等领域。
(3)高密度复合材料、石墨烯、高温超导材料等都是新型材料。
