2.4 新材料及其应用 同步练习
一、单选题
1．小于同学把调好的糖水装满玻璃瓶，盖紧盖子，放进冰箱急冻室冷藏。一段时间后拿出，发现玻璃瓶已经胀破。你认为下列解释合理的是（ ）
A．玻璃瓶因温度降底，体积膨胀
B．玻璃瓶内的糖水凝结成冰后，质量变大
C．玻璃瓶内的糖水凝结成冰后，体积变大
D．玻璃瓶内的糖水凝结成冰后，密度变大
2．密度知识与生活联系非常紧密，下列关于密度的一些说法中不正确的是（ ）
A．气体的密度随温度的升高而变小，房间里的暖气一般都安装在窗户下面
B．如图表示水的密度随温度变化的图象，可知水在0～4℃范围内，具有热缩冷胀的性质
C．为减轻质量，比赛用的自行车采用强度高、密度小的材料制造
D．铁比铝的密度大，表示铁的质量一定比铝大
3．完成太空飞行的航天器在穿过稠密的大气层返回地球的过程中，外壳与空气剧烈摩擦，温度能达到几千摄氏度；为了能使航天器克服“热障”安全返回地面，航天技术专家给航天器穿上用新型陶瓷材料制成的“外衣”，主要是利用这种材料的（ ）
A．绝缘性好 B．密度大 C．耐高温和隔热性好 D．延展性好
4．纳米陶瓷作为高科技材料应用广泛，它具有硬度大、耐磨、耐腐蚀、耐高温、防浸透、完全无磁性等特点，不能用它制成（ ）
A．指南针 B．陶瓷刀
C．“嫦娥五号”返回器外表涂层 D．装浓硫酸的容器
5．熔喷布是医用口罩最核心材料，以聚丙烯为主要原料制成。熔喷布纤维直径非常小，空隙多、结构蓬松，具有很好透气性、过滤性和屏蔽性。下列说法正确的（ ）
A．一次性医用口罩的质量大约为0.3mg
B．制造熔喷布时，聚丙烯熔化后质量变小
C．制作好的口罩由工厂运输到医院后，质量没有发生改变
D．口罩的鼻梁条多为一根细的金属条，这利用了金属弹性好的特点
6．国产大飞机C919采用碳纤维材料减轻机身质量，因为碳纤维材料具有较小的（ ）
A．弹性 B．密度 C．硬度 D．导热性
7．关于新材料的说法，正确的是（ ）
A．纳米材料只是缩小了物体的尺寸，在其他方面没有特殊的性能
B．利用超导体可制成发热效率更高的电热器
C．发光二极管的核心材料是由半导体制成的
D．冶炼合金是为了提高金属的密度、硬度及强度
8．如图所示的四种用品中，通常情况下属于导体的是（ ）
A．陶瓷碗 B．木饭勺
C．玻璃杯 D．不锈钢锅铲
9．科学家研发出一种由石墨烯制成的“排热被”，把它覆盖在电子元件上，能大幅度降低电子元件工作时的温度。“排热被”能排热是因为石墨烯（ ）
A．熔点高 B．导热性好 C．导电性好 D．弹性好
10．如图甲所示为水的密度在0~10℃范围内随温度变化的图像，图乙为北方冬天湖水温度分布示意图，根据图像及水的其他性质下列分析判断错误的是（ ）
A．温度等于4℃时，水的密度最大
B．在0~4℃范围内，水具有热胀冷缩的性质
C．示意图中从上至下A、B、C、D、E处的温度E点温度最高
D．如果没有水的反常膨胀，湖底和表面的水可能同时结冰，水中生物很难越冬
二、简答题
11．在科技展览会上，有一家公司用一种材料制成了一种特殊的“热板凳”，你不往上坐时，它就是一块平整的金属板；当你坐上去时，它很快就支起四条腿，成为一个小板凳了.你知道它的工作原理吗？
12．智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料．智能材料的行为与生命体的智能反应有点类似，例如，太阳镜片中所含的智能材料，能感知周围的光强，当周围的光很强时，就自行变暗；当光较弱时，就变得透明起来。智能材料赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有“感觉”和“知觉”。请你构思一种智能材料，并说明你想把它用在哪些方面？
13．阅读下面的材料，回答．
半导体材料是一类导电能力介于导体与绝缘体之间的电子材料，它的导电性并不好，但是通过将杂质加入纯质半导体材料中的方式可增加半导体的导电能力．半导体中有两种载流子：电子和空穴．掺入杂质从而增加电子数目的半导体称为N型半导体，掺入杂质增加空穴数目的半导体称为P型半导体．
半导体材料除了可以用于各种电子元器件以外，还可以用作制冷材料．如图所示是一个半导体制冷单元的工作原理图，P型半导体和N型半导体的上端和铜片A连接，下端分别和铜片B连接后接到直流电的两端，此时电路的电流方向是从N型半导体经A流向P型半导体，铜片A会从空气吸收热量，铜片B会向空气放出热量．反之，改变直流电的正负极方向或N、P型半导体的位置，使电流方向从P型半导体经A流向N型半导体，这时，铜片A会向空气放出热量，铜片B会从空气吸收热量．由于单个制冷单元制冷量很小，因此需要多个制冷单元同时工作才能满足实际需要．半导体制冷不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染，工作时没有振动、噪音，寿命长，安装容易，它既能制冷，又能加热．
（1）P型半导体中的载流子是_____．（选填“电子”或“空穴”）．
（2）由图可知，若要使一个电冰箱箱内的温度下降，铜片A应置于电冰箱的_____．（选填“箱内”或“箱外”）．
（3）若将图中的P型半导体与N型半导体位置互换，其他条件不变，则铜片A将_____（选填“吸热”或“放热”）．
（4）半导体制冷的优点是_____．（写出一种即可）
14．如图是我国新研制的月球探测器（简称“月球车”）样机，其造型奇特，功能强大．不怕冷热、轻巧敏捷的月球车装有“岩芯取样器”，能对月面岩石进行研磨并取回研究．你认为制作月球车的材料应具备的物理属性有哪些特点？（写出两点）
①_____；
②_____．
15．纳米是一个能让人产生美好憧憬的词语，“纳米材料”、“纳米技术”不再是科学家或实验室的专有词汇，它已经悄然进入寻常百姓生活，渗透到衣、食、住、行等领域．如涂有纳米材料的炒锅不粘油；用纳米技术制成的机器人可进入人体血管中清除病灶…．请你振起联想的翅膀，去翱翔于纳米的“天空”，说出你最希望应用“纳米技术”实现的两个愿望．
三、填空题
16．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”）。
17．12月10日，路经惠州的赣深高速铁路开通运营，图中的高铁列车使用了大量的铝合金，使得列车轻量化，这是应用铝合金_______小的属性；列车引擎使用铝合金是因为容易散热，这是应用铝合金_______性好的属性。而列车上的LED显示屏用的是_______材料，LED是发光二极管（lightemittingdiode）的缩写。
18．2008年6月3日，北京奥运圣火在湖南传递，“杂交水稻之父”袁隆平院士手举“祥云”火炬传递了第一棒。“祥云”火炬的质量是985______，火炬外壳采用______较小的高品质铝合金材料制造，体积虽大而质量却小，显得轻盈高贵。
19．丹顶鹤立立跟同伴打架，失去了上喙。华南理工大学技术团队利用3D打印做出塑料上喙的大致模样，接着手工打磨得到形状完美的塑料上喙，打磨过程中塑料上喙的质量 ______、密度 ______。又根据塑料上喙铸造得到同形状的金属钛上喙，帮助立立重获长久捕食能力。从塑料上喙到金属钛上喙，质量增加68g，已知ρ塑料=1.1×103kg/m3，ρ钛=4.5×103kg/m3，立立上喙的体积为 ______cm3。
20．一瓶氧气的密度为5kg/m3，病人供氧用去了一半，瓶内剩余的氧气密度是______，一瓶煤油，瓶内油的密度是0.8×103 kg/m3，将煤油倒去一半，则瓶内剩下煤油的密度是________________．
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
盖紧盖子且装满糖水的玻璃瓶，放入冰箱冷藏一段时间后，玻璃瓶被胀破，其原因是糖水凝固成固态的冰后，因为质量与状态不变，所以质量不变，但密度变小，由密度公式可知，体积变大，从而将玻璃瓶胀破，而玻璃瓶温度降低时，体积是缩小的，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
2．D
【解析】
【详解】
A．气体受热膨胀，质量不变，根据气体的密度随温度的升高而变小，更轻的热气会往上方运动，所以暖气一般安装在窗户下面，是房间受热均匀，故A正确，A不符合题意；
B．如图表示水的密度随温度变化的图像，可知水在0～4℃范围内随温度增加密度增大，对应体积变小，所以具有热缩冷胀的性质，故B正确，B不符合题意；
C．比赛用的自行车需要减轻质量来提高成绩，需要在不改变体积和稳定强度的情况下，需要密度小、强度高的材料，故C正确，C不符合题意；
D．在体积不确定的情况下，根据密度大的物体不一定质量大，故D错误，D符合题意。
故选D。
3．C
【解析】
【详解】
因为航天器在穿过稠密的大气层返回地球的过程中与大气剧烈摩擦，产生高温，为了防止烧毁航天器，所以这种材料应具备耐高温的特点；还有要防止舱内温度过高导致对宇航员产生危险，这种材料还应具备隔热性好的特点。
故选C。
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于纳米陶瓷具有完全无磁性的特点，所以不能做指南针， 故A符合题意；
B．切割硬物的刀具利用坚硬、耐磨的特性， 故B不符合题意；
C．返回器外表涂层具有耐高温特性，故C不符合题意；
D．由于纳米陶瓷具有耐腐蚀，所以可装浓硫酸，故D不符合题意。
故选A。
5．C
【解析】
【详解】
A．一次性医用口罩的质量大约在
2g=2000mg
左右，故A错误；
B．质量是物体的一种属性，其大小与物体的形状、状态、位置、温度无关，聚丙烯熔化后，状态发生改变，它的质量不变，故B错误；
C．质量是物体的一种属性，其大小与物体的形状、状态、位置、温度无关，制作好的口罩由工厂运输到医院后，位置发生改变，它的质量不变，故C正确；
D．口罩的鼻梁条多为一根细的金属条，该金属条具有良好的弯曲效果、定型性强，不是利用弹性好的特点，故D错误。
故选C。
6．B
【解析】
【详解】
飞机体积是不变，机身质量减小，根据可知，飞机的密度较小，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
A．纳米材料能缩小物体的尺寸，在其他方面也有特殊的性能，故A错误；
B．超导体是零电阻，所有利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作，所以超导体不能应用在电热器上，故B错误；
C．常用的发光二极管是由半导体材料制成的，故C正确；
D．合金可以提高金属的密度、硬度及强度，也可以降低金属的密度、硬度和强度，不同的合金有不同的用途，故D错误。
故选C。
8．D
【解析】
【详解】
ABC．陶瓷碗的材料是陶瓷，木饭勺的材料是干木材，玻璃杯的材料是玻璃，都不容易导电，都属于绝缘体，故ABC不符合题意；
D．金属勺的材料是金属，容易导电，属于导体，故D符合题意。
故选D。
9．B
【解析】
【详解】
把石墨烯覆盖在电子元件上，因为石墨烯具有良好的导热性，通过热传递把电子元件的热量排出，降低了电子元件工作时的温度。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
10．B
【解析】
【详解】
A．由图甲知，水在温度为0~4℃时，其密度随温度的升高而增大，而温度从4℃起，密度随温度的升高而降低，所以温度等于4℃时，水的密度最大，故A正确，不符合题意；
BD．在0~4℃范围内，水的密度随温度升高而变大，在质量不变时，其体积是变小的，所以此温度范围内，水是热缩冷胀的，正因为水的这个反常膨胀，才能避免湖底和表面的水同时结冰，水中生物才可安全过冬，故B错误，符合题意，D正确，不符合题意；
C．当环境温度为-10℃时，水已结冰，即冰面附近水的温度为0℃，而在0~4℃范围内，温度越高，水的密度越大，而密度越大，越在下层，即冰面以下深度越深，温度越高，所以E点的温度最高，故C正确，不符合题意。
故选B。
11．它是受温度控制形状的材料，这是记忆合金的特点.
【解析】
【详解】
由题，你不往上坐时，它就是一块平整的金属板；当你坐上去时，温度会改变．它很快就支起四条腿，成为一个小板凳了，所以它是受温度控制形状的材料，这是记忆合金的特点．
12．见解析
【解析】
【详解】
建建筑智能材料：科学家正集中力量研制使桥梁、高层建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况，并能自行“医治疾病”的材料。
航空智能材料：当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料能迅速变形，并带动机翼改变形状，从而消除涡流或逆风的影响，使飞机仍能平稳地飞行。
医疗智能材料：专家正研制一种能根据人体内部状况投放适量药物的药物自动投放系统。
13． 空穴 箱内 放热 不需要任何制冷剂
【解析】
【分析】
（1）根据“半导体中有两种载流子：电子和空穴．掺入杂质从而增加电子数目的半导体称为N型半导体，掺入杂质增加空穴数目的半导体称为P型半导体”作出判断；（2）半导体二极管的特点单向通电性，加以运用．通电后有一面是吸热（制冷），一面是散热（将吸的热量散掉）；（3）若将图中电正负极互换，其他条件不变，电流方向从P型半导体铜片A流向N型半导体，这时铜片A会向空气释放热量，铜片B会从空气吸收热量；（4）根据“半导体制冷不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染，工作时没有震动、噪音，寿命长，安装容易，它既能制冷，又能加热”作答．
【详解】
(1)由“掺入杂质从而增加电子数目的半导体称为N型半导体，掺入杂质增加空穴数目的半导体称为P型半导体”知，P型半导体中的载流子是空穴；
(2)由短文提供的信息可知，①电路的电路流方向是从N型半导体铜片A流向P型半导体，铜片A会从空气吸收热量，应置于冰箱的箱内，从冰箱内吸收热量，使电冰箱箱内的温度下降；铜片B会向空气放出热量，应置于冰箱的箱外；
(3)若将图中电正负极互换，其他条件不变，电流方向从P型半导体铜片A流向N型半导体，这时铜片A会向空气释放热量，铜片B会从空气吸收热量，铜片B表面空气的热量由于被吸收而下降；
(4)半导体制冷不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染，工作时没有震动、噪音，寿命长，安装容易，它既能制冷，又能加热．
14． 硬度大 密度小
【解析】
【详解】
①因为月球车装有“岩芯取样器”，能对月面岩石进行研磨，所以制作月球车的材料应选用硬度大的.
②因为月球车要求轻巧敏捷，所以所以制作月球车的材料应选用密度小的.
点睛：对于此类结合现代科技考查物理知识的题目，是现在中考的热点，解决此类问题时要紧扣物理考点，认真分析作答.
15．见解析
【解析】
【详解】
试题分析：纳米技术处理过的汽油使汽车更省油、更环保；
纳米材料制成的计算机薄如一张纸，更便于携带．
16． 硬度 延展性
【解析】
【详解】
[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。
17． 密度 导热 半导体
【解析】
【详解】
[1]由于铝合金的密度小，制作相同体积的车厢，铝合金车厢的质量更小。
[2]铝合金的导热性良好，所以铝合金列车引擎更容易散热。
[3]LED是发光二极管，属于半导体材料。
18． g 密度
【解析】
【详解】
[1]“祥云”火炬的质量在1千克左右，质量是985g。
[2]“祥云”火炬的外壳，要求体积虽大而质量却小，因此必须采用坚硬、密度小的铝合金材料制造。
19． 变小 不变 20
【解析】
【分析】
【详解】
[1]打磨过程中塑料上喙塑料的含量变少，质量变小。
[2]打磨过程中塑料上喙的质量变小，体积变小，密度不变。
[3]从塑料上喙到金属钛上喙，质量增加68g，已知ρ塑料=1.1×103kg/m3，ρ钛=4.5×103kg/m3，立立上喙的体积V满足
立立上喙的体积为
20． 2.5kg/m3 0.8×103 kg/m3
【解析】
【分析】
氧气用掉一半，质量减半，氧气还充满整个氧气瓶，体积保持不变，根据密度公式判断密度的变化．煤油倒掉一半，质量减半，体积减半，根据密度公式判断煤油是否发生变化．
【详解】
一瓶氧气的密度为5kg/m3,对病人供氧用去了一半,则质量减半,体积保持不变,根据可得氧气的密度变为原来的一半,密度为：ρ′＝2.5kg/m3.一瓶煤油,瓶内煤油的密度是0.8×103 kg/m3,将煤油倒去一半,则质量减半，体积减半，根据可得煤油的密度不变．
