北师大版第二章四新材料及其应用习题精练（含解析）

北师大版第二章四新材料及其应用习题精练
一、单选题
一般分子的直径约为。碳纳米管内部是空的，外部直径只有几纳米到几十纳米，密度远小于钢，而强度远大于钢，下列说法正确的是A.
纳米是体积单位
B.
碳纳米管是一种万能的材料
C.
碳纳米管可以作为制造防弹背心的材料
D.
碳纳米管可以制造尺寸小于一般分子的器件
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
如图所示是记忆合金制成的“花朵”，根据记忆合金的性质，下列选项中说法正确的是
A.
甲图是灯照射时的情况，乙图是灯不照射时的情况
B.
甲图是灯不照射时的情况，乙图是灯照射时的情况
C.
甲、乙两图都是灯照射时的情况
D.
甲、乙两图都是灯不照射时的情况
如图是一颗铆钉自动铆接的过程。在常温下把铆钉做成铆接后的形状如图；然后降温并将其两脚拉直，使之能顺利插入铆钉孔如图、；插入后让温度回升，铆钉恢复原状，自动完成铆接如图。则制成这种铆钉的主要成分是
A.
多晶硅和单晶硅
B.
纳米材料
C.
“绿色”能源
D.
镍和钛
关于新材料及其应用，下列说法不正确的是
A.
某些物质的尺度加工到时，其物理或化学性质与较大尺度时相比，发生异常的变化，这就称为纳米材料
B.
锂离子电池具有体积小、重量轻、能多次充电、对环境污染小的特点
C.
记忆合金的主要成分是镍和钛，当温度达到某一数值时，材料的内部的非晶体结构发生变化
D.
与医用不锈钢、普通合金相比，形状记忆合金具有稳定性高、可实现智能安装等特点
中国科学技术大学俞书宏教授团队开发了一系列仿生人工木材，该木材具有轻质、高强、耐腐蚀和隔热防火等优点关于该木材的属性，下列说法错误的是
A.
导热性差
B.
硬度大
C.
耐腐蚀性好
D.
密度大
如图所示是2022年北京冬奥会火炬“飞扬”，它的外壳由碳纤维复合材料制造而成，不仅具有“轻、固、美”的特点，而且在的温度不会起泡、开裂．火炬使用碳纤维复合材料制造与该材料以下特性无关的是?
?
?
A.
密度小
B.
硬度大
C.
耐高温
D.
导电性好
石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的属性，包括极强的拉力，优?良的导电性和导热性，硬度很大，熔点超过?等，这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料。根据石墨烯的特性，你认为石墨烯不能用来制成
A.
高压输电线
B.
保温隔热材料
C.
发光二极管
D.
坚韧的防弹衣
?清华大学的研究人员发明一种新型陶瓷，既可以像海绵一样变形，也能像陶瓷一样隔热、绝缘，同时具有超轻、高韧性等特点这种材料适合用来制造下列哪种物品
A.
自行车的车架
B.
新型消防服
C.
输电导线
D.
便携式水果刀
关于隐形材料，以下说法中正确的是
A.
针对雷达隐形的材料可以高效率地反射电磁波
B.
针对雷达隐形的材料可以高效率地吸收电磁波
C.
人们想象中的隐身衣是由可以不反射光线的神奇材料制成的
D.
人们想象中的隐身衣是由可以不折射光线的神奇材料制成的
二、填空
纳米技术，是研究尺寸在的材料的技术，??????????nm。金的熔点为，但的金粉熔点为，的金粉的熔点为，因而烧制温度可以大大降低，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。
记忆合金的主要成分是??????????，它独有的物理特性是：当温度达到某一数值时，材料内部的??????????会发生变化，从而导致??????????变化。
石墨烯企业生产过程中产生的石墨烯碎片需要全部回收，否则，飘散的石墨烯碎片若进入电器，会导致电器短路，若被吸入人体呼吸道，会切开细胞。可见石墨烯的物理属性是：??????????、??????????。
超高分子量聚乙烯纤维是一种新型材料，这种纤维的粗细仅有头发粗细的十分之一，约为____nm；将该纤维制成缆绳后，比钢索强度还高，具有突出的抗冲击性和抗切割性，该纤维还具有密度小、耐磨损的特点，你认为该纤维____选填“适合”或“不适合”做飞机的机翼。
三、实验探究题
阅读下面短文，回答问题
纳米陶瓷
纳米陶瓷作为高新材料应用广泛．贴于“神舟七号”飞船外表面的“太空”纳米陶瓷，具有永久、稳定的防静电性能，且有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防渗透等特点，采用氧化锆材料精制而成的纳米陶瓷刀，具有金属刀无法比拟的优点：刀刃锋利，能切割钢铁等物质，能削出如纸一样薄的肉片；硬度高，其耐磨性是金属刀的60倍；完全无磁性；不生锈变色，健康环保；可耐各种酸碱有机物的腐蚀；为全致密材料，无孔隙，不玷污，易清洁，纳米陶瓷充分体现新世纪、新材料的绿色环保概念，是高新技术为现代人奉献的又一杰作．
“神舟七号”飞船发射升空过程中，与空气摩擦呈炽热状态时，飞船舱不至于被烧毁的原因之一是飞船外表面的陶瓷具有______
的特点．
纳米是1m的十亿分之一，糖分子的直径约为
______
纳米陶瓷刀的耐磨性好，是因为它的______
高．
如图所示是陶瓷纳米刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随磨损时间变化的曲线，其中能反映纳米陶瓷刀特点的是曲线______
填表示曲线的字母．
四、简答题
阅读材料，然后回答下面问题。
看到图中的情形，很多人认为图中的女士一定是位大力士，不然怎能如此轻松地单手扛起一辆自行车呢其实不然，这位女士能如此轻松地单手扛起一辆自行车，不是因为自己的力气大，而是因为她举起的是一种碳纤维自行车，车本身的质量很小。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的密度不到钢的，但碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般是钢的倍，抗拉弹性模量亦高于钢。利用碳纤维可以制造8、9kg左右的轻量自行车，这种轻量自行车登坡顺利而爽快，不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。
目前，碳纤维越来越显示出在工上的广阔应用前景。
碳纤维材料已被广泛应用在羽毛球拍上，这种应用运用了碳纤维的哪种物理属性至少写两个???????????????
?
?
?
?
?
?
?
小明想利用一小块碳纤维材料测量碳纤维的密度，他测得该碳纤维材料的质量为32g，体积为，则碳纤维材料的密度为多少？
若某品牌碳纤维自行车架的质量只有，若用密度为锰钢材料制作同一车架，车架的质量为多少kg？?
?
?
?
?
?
?
?
五、综合题
阅读纳米材料，回答下列问题。
纳米材料
近年来，“纳米”一词常出现在我们的生活中，商场里纳米护肤、纳米水杯、纳米羽绒服屡见不鲜。到底什么才是“纳米”？为什么纳米材料这么神奇？
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，用纳米材料制作的器材硬度更强、使用寿命更长、维修费用更低、设计更方便，利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料，用纳米级金属微粉烧制成的材料，强度和硬度大大高于原来的金属。一般的陶瓷强度低并且很脆，但纳米级微粉烧制成的陶瓷不但强度高，并且有良好的韧性。纳米材料的熔点会随超细粉直径的减小而降低，例如金的熔点为，但直径为的金粉熔点降低到，的金粉熔点降低到，因而烧制温度可以大大降低。纳米陶瓷的烧制温度大大低于原来的陶瓷。
纳米技术是研究结构尺寸在至范围内材料的性质和应用的一种技术。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和设备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面，如大部分半导体制程标准皆是以纳米表示。目前，最新的中央处理器制程是。
如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益，存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片已投入生产，计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。
________m。
纳米级金属颗粒的熔点________选填“高于”“等于”或“低于”同种金属的熔点。
如图所示是纳米陶瓷刀、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。
写出纳米材料的应用：________________________一种即可。
请阅读天问一号上的黑科技，回答问题。
天问一号上的黑科技
2020年7月23日，我国首颗行星探测器“天问一号”在海南文昌火箭发射场发射成功。中国行星探测任务被命名为“天问系列”，是源于中国伟大诗人屈原的长诗，“日月安属？列星安陈？”这是中国几千年的传统文化与现代科技的完美结合。
天问一号火星探测器使用了我国独立自主研发的多项“黑科技”。其中，火星车使用的热控材料是新型隔热保温材料纳米气凝胶，它将分别用来应对“极热”和“极寒”两种严酷环境。纳米气凝胶是由纳米尺度的固体骨架构成的一个三维立体网络，网络结构间包含着丰富的纳米孔隙，孔隙率可以高达图19甲展示了一种气凝胶的微观图景。它纤细的骨架让热量传导变得非常困难，而大量的纳米孔隙就像一个个单独的房间，把单个的气体分子关起来，让气体分子既不能流动也不能彼此接触，从而把热“封锁在孔隙中”，既不对流传热，也不散发失热。“极热”考验出现在火星着陆阶段，着陆发动机产生的热量使周围的温度超过，纳米气凝胶仅仅10mm左右厚度的材料就能够在整个着陆过程让它身后的温度处于可接受的范围，就像消防员身上穿的防火服。“极寒”考验出现在火星巡视阶段，火星车的表面铺设了大面积的气凝胶板，能够确保火星车在的环境正常工作，就像登山运动员身上穿的防寒服。
纳米气凝胶正是由于它的孔隙结构，使其密度只有，同等体积下，质量只有钢的，铝的，水的。其超轻性能方面的优势，图19乙展示可见，将一块气凝胶放置在新鲜花瓣上，花瓣未被压弯。这就确保了将气凝胶应用于火星车上时，几乎不会增加它的质量。
选择纳米气凝胶这种材料，一是因为它在密度、耐温性能和隔热性能等方面有先天的优势，二是它能够通过微观结构的调控，实现性能的差异化，把某一方面的性能优势进一步发挥到极致。
“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是中国不懈追求的航天梦。”中国开展并持续推进深空探测，对保障国家安全、促进科技进步、提升国家软实力以及提升国际影响力具有重要的意义。
物质
熔点
密度
钢
1515
铝
660
水
空气
根据上述材料，回答下列问题。
纳米气凝胶材料的骨架结构是纳米尺度的，下列换算关系正确的是______
。
A.
C.
同等体积下，纳米气凝胶的质量约是空气质量的______
倍。
纳米气凝胶材料能应对“极热”和“极寒”的两种严酷环境，是因为______
。
请你列举出一条纳米气凝胶材料的优点，并设想它在生产生活中的应用。______
答案和解析
1.【答案】C
【解析】?纳米是长度单位，不是体积单位；碳纳米管是一种纳米材料，但不是万能的材料；碳纳米管密度小、强度大，可以作为制作防弹背心的材料；碳纳米管的尺寸大于一般分子的尺寸。故选C。
2.【答案】D
【解析】解：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，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。
3.【答案】A
【解析】解：当灯照射在“花朵”上时，“花朵”的温度就会升高，就会引起记忆合金内部结构的变化，于是“花朵”绽放开来，当灯不照射时，花朵又闭合，故本题选A。
4.【答案】D
【解析】略
5.【答案】C
【解析】略
6.【答案】D
【解析】
A、隔热，说明该木材导热性差；故A正确，不符合题意。
B、高强，说明该木块不容易变形，硬度大；故B正确，不符合题意。
C、耐腐蚀，说明了该材料耐腐蚀性好；故C正确，不符合题意。
D、轻质表示相同的体积下该木材质量比较小，所以该物质密度比较小；故D错误，符合题意。
故选D。??
7.【答案】D
【解析】碳纤维复合材料具有“轻、固、美、耐高温“的特点，其密度小、硬度大、耐高温，因此火炬使用碳纤维复合材料制造与导电性是否良好无关。
故选：D。??
8.【答案】B
【解析】解：A、高压输电线，利用了它的导电性好的特点，故A正确；但不符合题意；
B、保温隔热材料，要求导热性能差，而石墨烯具有优良的导电性和导热性，故不适合做保温隔热材料，符合题意；
C、发光二极管，利用了它的半导体特性，故C正确；但不符合题意；
D、坚韧的防弹衣，利用了它的拉力好的特点，故D确；但不符合题意；
故选：B。
9.【答案】B
【解析】解：新型陶瓷，既可以像海绵一样变形，也能像陶瓷一样隔热、绝缘，同时具有超轻、高韧性等特点；
A、自行车的车架必须用坚硬的材料来制作，故A错误；
B、新型消防服的特点与该陶瓷的特点相同，故B正确；
C、该陶瓷不具有电阻小的特点，故不能用来制作输电导线，故C错误；
D、水果刀需要一定的硬度，故D错误。
故选：B。
10.【答案】B
【解析】解：针对雷达隐形的材料可以高效率地吸收电磁波。人们想象中，当人体穿上隐身衣时就可以隐形，即使站在别人眼前，也不会被发现。因此隐身衣一定不是由不反射光线或者不折射光线的材料制成的，而是光线会毫无阻挡地穿过隐身衣，好像隐身衣不存在一样。但人体是不透光的，所以光线在隐身衣材料内传播时需要改变方向，绕过人体，隐身衣的表面又需要和周围环境一样能反射光线。
11.【答案】?
小于
12.【答案】镍和钛?
晶体结构?
外形
13.【答案】导电性好?
硬度大
14.【答案】；适合
【解析】
超高分子量聚乙烯纤维是一种新型材料，这种纤维的粗细仅有头发粗细的十分之一，约为
；将该纤维制成缆绳后，比钢索强度还高，具有突出的抗冲击性和抗切割性，该纤维还具有密度小、耐磨损的特点，你认为该纤维适合做飞机的机翼。
故答案为：；适合。??
15.【答案】耐高温；；硬度；c
【解析】解：由于飞船在炽热状态下都不会烧毁，即是由于飞船外表面的陶瓷具有耐高温的特点造成的；
因为纳米是1m的十亿分之一，所以；
由于该刀“完全无磁性”，即其不能被磁化，且耐磨性是由于硬度高造成的；
分析上面的曲线，在相同的时间时，c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；
故答案为：耐高温；；硬度；．
16.【答案】解：碳纤维材料具有密度小、硬度大等特点；
样品的密度：；
由得自行车的体积：
，
锰钢材料制作同一车架的质量：
。
答：碳纤维材料具有密度小、硬度大、耐磨等；
碳纤维的密度为；
若用密度为锰钢材料制作同一车架，车架的质量为。
【解析】碳纤维材料具有密度小、硬度大等特点；
已知样品的质量和体积，利用公式求得碳纤维的密度；
若用密度为??锰钢材料的合金钢制造，先求出自行车的体积，再利用求其质量。
本题考查了密度公式的应用，能从表中提取有用的信息是关键。
17.【答案】；低于；?
；用纳米材料制作的领带自洁性能好，不沾水也不沾油合理即可。
【解析】?本题中的新材料渗透着科技意识，我们应该从中悟出科学的真谛，从而激发学习物理的兴趣。
??m。
由题知，金的熔点为，的金粉熔点为，的金粉熔点为，这说明纳米级金属颗粒的熔点低于同种金属的熔点。
分析曲线，在相同的时间内，c的磨损程度最小，即其硬度最大，所以它反映的就是纳米陶瓷刀磨损特点。
纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命科学等方面都有广泛的应用，如：纳米材料制作的领带自洁性能好，不沾水也不沾油；纳米陶瓷粉制成的陶瓷韧性好，不易碎；纳米防水布可制成防水雨衣；纳米防水材料制成平面镜可在充满蒸汽的浴室内使用。
18.【答案】D?
?
纳米气凝胶有丰富的纳米孔隙，可以把热“封锁在孔隙中”，不对流传热也不散发失热?
消防员的防火服
【解析】解：；
同等体积的纳米凝胶和空气，则：：1，：：：：；
纳米气凝胶材料能应对“极热”和“极寒”的两种严酷环境，是因为纳米气凝胶有丰富的纳米孔隙，可以把热“封锁在孔隙中”，不对流传热也不散发失热；
根据纳米气凝胶的隔热性能，将其做成消防员的防火服。
故答案为：；；纳米气凝胶有丰富的纳米孔隙，可以把热“封锁在孔隙中”，不对流传热也不散发失热；消防员的防火服。
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