2.3材料及其应用同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

2.3 材料及其应用 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列说法正确的是（　　）
A．用热针尖接触涂有石蜡薄层的金属片背面，熔化的石蜡呈圆形，说明石蜡具有各向同性
B．液晶具有液体的流动性，光学性质表现为各向同性
C．随着科技的进步、我国绝大部分品牌的冲锋衣都可实现面料不沾雨水功能，该功能体现了不浸润现象
D．液体表面张力的方向与液面重直并指向液体内部
2．下列关于物理现象的解释不正确的是（　　）
A．荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体的表面张力作用
B．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
C．土壤里有很多毛细管，若要防止把地下的水分沿着它们引到地表，可将地面的土壤锄松
D．悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动反映了花粉分子的热运动
3．液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是（　　）
A．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
B．液晶的光学性质不随温度的变化而变化
C．液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化
D．液晶的光学性质随压力的变化而变化
4．目前市面上的电脑基本上都是使用液晶显示屏，下列关于液体和液晶的说法不正确的是（　　）
A．液体表面张力的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直
B．液体表面张力的产生原因是由于液体表面层分子的分布比较密集
C．液晶显示器能够显示彩色是因为液晶的光学性质具有各向异性
D．液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列
5．关于以下几幅图中现象的分析，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果
B．乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果
C．丙图液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的
D．丁图中的酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润
6．以下对于晶体、非晶体和液晶的认识中，正确的是（ ）
A．晶体均有固定的形状 B．非晶体可能有固定的熔点
C．液晶既有液体的流动性又有晶体的各向异性 D．同一元素构成的物质只能是晶体或非晶体中的一种
7．液晶在现代生活中扮演着重要角色，广泛应用于手机屏幕、平板电视等显示设备中。下列四幅图哪个是液晶态分子排列图（　　）
A． B．
C． D．
8．下列关于四幅图的说法，正确的是（　　）

A．图1，是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹
B．图2，电脑液晶显示器利用了液晶具有光学各向同性
C．图3，水黾停在水面上是因为受到了水的浮力作用
D．图4，是干湿泡温度计，若干、湿两只温度计读数相差越大，说明空气相对湿度越小，空气越干燥
二、多选题
9．下列说法正确的是（ ）
A．射电望远镜是在无线电波段观测天体的，原因是无线电波可穿透大量存在的星际尘埃
B．布朗运动是悬浮在液体中的固体分子所做的无规则运动
C．电阻温度计一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作
D．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
10．新型金属材料有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属，以下关于它们的说法正确的是（　　）
A．铝合金密度小，导电性好，可代替铜用作导电材料
B．镁合金既轻又强，被誉为“未来的钢铁”，可制造超音速飞机和宇宙飞船
C．稀有金属能改善合金性能，用于制造光电材料、磁性材料等
D．钛合金是制造直升机某些零件的理想材料
11．纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中，正确的是（　　）
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的可塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D．在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强
12．下列说法正确的是（　　）
A．两个分子相互靠近的过程中，分子引力和分子斥力均增大
B．0 ℃的冰在熔化过程中水分子的平均动能变大
C．液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性
D．绕地球做匀速圆周运动的卫星内空气对卫星的压强为零
三、实验题
13．在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸 1.0mL注入 2500mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到 2500mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数，直到达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上。

（1）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为 m3，求得的油酸分子直径为 m（此空保留一位有效数字）。
（2）于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大。出现这种结果的原因，可能是 。
A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴
（3）陈老师把熔化的蜂蜡薄薄地涂在两种材料所做的薄片上，用一根缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如甲、乙两图所示， 图中（填“甲”或“乙”）的薄片一定是晶体；液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，下面 图（填“丙”或“丁”）是液晶分子示意图。

四、解答题
天宫课堂
“天宫课堂”中，王亚平将分别挤有水球的两块板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。
14．如图（甲）所示，“水桥”为我们展示了微重力环境下液体 的特性；举一个体现该特性的例子： 。
15．“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图（乙）所示。图中 点（选填“A”“B”或“C”）能反映此表面层中水分子之间的相互作用。
16．“水桥”表面层中相邻两水分子间的分子势能 （选填“<”“=”或“>”）其内部相邻两水分子间的分子势能。
17．王亚平放开双手后，两板吸引到了一起，该过程分子力做功为（　　）
A．正功 B．零 C．负功
18．老师在教室演示毛细现象时，将三根内径不同的细管子插入水槽，稳定后的液面如图（丙）所示，管子的材质可能为 （选填“玻璃”“塑料”或“石蜡”）。宇航员在“天宫课堂”中演示该实验，稳定后三根管中液面（忽略液面形状）的高度是下图中的( )
A． B． C． D．
19．我们在教室里通过液晶电视观看天宫课堂直播，液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有（　　）
A．像液体一样具有流动性和连续性
B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式
C．加电压时，液晶是透明的，光线能通过
D．在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质
E．也称为介晶态
20．阅读材料，回答下列问题。
2021年12月9日15点40分，，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，并面向全球直播，这是中国空间站首次太空授课活动。课堂中在翟志刚、叶光富的辅助下，航天员王亚平把一个金属圈插入饮用水袋中，慢慢抽出金属圈，形成了一个水膜。接着，她往水膜表面贴上一片和女儿一起完成的花朵折纸。在水膜试验中，这朵花在太空中“绽放”。

（1）本实验中花朵是在水膜表面张力作用下而逐渐展开。作用于液体表面，使液体表面积 的力，称为液体表面张力；液体表面张力产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部 ，分子间的相互作用表现为 。
（2）在“天宫课堂”中，王亚平又往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时( )

A．气泡受到浮力 B．水球的表面积收缩到最小
C．水球呈扁球状 D．气泡内分子热运动停止
（3）在我们的教室里，我们通过液晶电视参与空中课堂中老师们的授课，液晶电视的图像色彩更加绚丽。关于液晶，下列说法正确的是( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶的所有物理性质均表现为各向异性
C．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
D．液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的
（4）常温下，水是一种液体。若将不同材料制作的甲、乙细管竖直插入水中，如图所示，甲管内水面低于管外水面，乙管内水面高出管外水面。下列说法正确的是( )

A水与甲管的现象叫做浸润，水与乙管的现象叫做不浸润
B．与甲管接触附着层内的水分子之间的作用表现为斥力
C．两图现象均是毛细现象
D．用乙管材料制作防水衣防水效果比甲管材料好
（5）立方体玻璃容器内盛一定体积的水，盖上玻璃盖后置于空间站（处于完全失重环境下），则容器内水（图中阴影区域）的形状可能是( )
A． B． C． D．
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．用热针尖接触涂有石蜡薄层的金属片背面，熔化的石蜡呈圆形，这是多晶体金属导热具有各向同性的表现，无法说明石蜡具有各向同性，故A错误；
B．液晶像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故B错误；
C．随着科技的进步、我国绝大部分品牌的冲锋衣都可实现面料不沾雨水功能，该功能体现了不浸润现象，故C正确；
D．液体表面张力的方向与液面相切，且与分界线垂直，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．液体的表面张力有使液体的表面积最小化的趋势，荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体的表面张力作用，故A正确；
B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故B正确.
C．土壤里有很多毛细管，将地面的土壤锄松，毛细管被破坏，地下的水将不会被引到地表，故C正确；
D．布朗运动是悬浮在水中花粉颗粒的无规则运动，反映了水分子的热运动，故D错误。
选择不正确的，故选D。
3．D
【详解】A．液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但要注意分子的排列是不稳定的，A错误；
BCD．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，BC错误，D正确。
故选D。
4．B
【详解】A．液体表面张力产生在液体表面层，它的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直，故A正确；
B．液体表面张力的产生原因是由于液体表面层分子间距离较大，分子力表现为引力，故B错误；
CD．晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列，所以液晶显示器能够显示彩色是因为液晶的光学性质具有各向异性，故CD正确。
故选B。
5．B
【详解】A．因为液体表面张力的存在，水黾才能在水面上行走自如，故A错误；
B．将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B正确；
C．液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误；
D．从题图丁中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润（不浸润液滴会因为表面张力呈球形），故D错误。
故选B。
6．C
【详解】A．单晶体有规则的几何外形，多晶体的形状不固定，选项A错误；
B．非晶体没有固定的熔点，选项B错误；
C．液晶既有液体的流动性又有晶体的各向异性，选项C正确；
D．同一元素构成的物质可能是晶体，也可能是非晶体，晶体可以转化为非晶体，非晶体也可以转化为晶体，选项D错误。
故选C。
7．B
【详解】AD．液晶在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的，选项A、D中分子排列非常有序，不符合液晶分子的排列规律，故AD错误；
B．选项B中分子排列比较整齐，但从另外一个角度看也具有无序性，符合液晶分子的排列规律，故B正确；
C．选项C中，分子排列是完全无序的，不符合液晶分子的排列规律，故C错误。
故选B。
8．D
【详解】A．图1，是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线不是小炭粒的运动轨迹，故A错误；
B．图2，电脑液晶显示器利用了液晶具有光学各向异性，故B错误；
C．图3，水黾停在水面上是因为液体表面张力的缘故，故C错误；
D．图4，是干湿泡温度计，若干、湿两只温度计读数相差越大，说明空气相对湿度越小，空气越干燥，故D正确。
故选D。
9．AD
【详解】A．射电望远镜是在无线电波段观测天体的，原因是无线电波可穿透大量存在的星际尘埃，故A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒所做的无规则运动，故B错误；
C．电阻温度计应采用电阻率受温度变化而变化的金属，故C错误；
D．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故D正确。
故选AD。
10．AC
【详解】A．铝合金密度小，导电性好，可代替铜用作导电材料，选项A正确；
B．被誉为“未来的钢铁”的是钛合金，可用于制造超音速飞机和宇宙飞船，选项B错误；
C．稀有金属能改善合金性能，用于制造光电材料、磁性材料等，选项C正确；
D．镁合金既轻又强，是制造直升机某些零件的理想材料，选项D错误。
故选AC。
11．AB
【详解】A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的可塑性，A正确；
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确；
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现电绝缘性，C错误；
D．在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，D错误。
故选AB。
12．AC
【详解】A．根据分子力与分子间距的关系，可知分子力引力和斥力都随距离的减小而增大，A正确；
B．温度是平均动能的标志，0℃的冰在熔化过程中温度保持不变，则平均动能保持不变，故B错误；
C．液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性，C正确；
D．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的，所以绕地球做匀速圆周运动的卫星内空气对卫星的压强不为零，故D错误。
故选AC。
13． B 乙 丙
【详解】（1）[1]一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为
[2]由图可知油膜中大约有112个小方格，则油膜面积为
则油酸分子直径为
（2）[3]于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大，根据
A．计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则油膜面积测量值偏大，油酸分子的直径测量值偏小，故A错误；
B．水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开，则油膜面积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏大，故B正确；
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏小，故C错误。
故选B。
（3）[4]陈老师把熔化的蜂蜡薄薄地涂在两种材料所做的薄片上，用一根缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如甲、乙两图所示，乙图形状为椭圆，可知传热各向异性，乙图中的薄片一定是晶体；
[5]液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，丁图中分子排列杂乱无章，不是液晶分子示意图，丙图中分子排列有规则，是液晶分子示意图。
14． 表面张力 球面形的肥皂泡，荷叶上的球形露珠 15．C 16．> 17．A 18． 玻璃 D 19．ABE
【解析】14．[1]液体表面存在表面张力，使液体表面绷紧，“水桥”展示了微重力环境下液体表面张力的特性。
[2]液体表面张力举例：球面形的肥皂泡，荷叶上的球形露珠。
15．
[1]在小水滴表面层中，水分子间距较大，故水分子之间的相互作用总体上表现为引力，由图可知B点为分子间作用力为零的情况，即B点表示平衡位置，故表现为引力的位置只能为C点。
16．
[1]在小水滴表面层中，水分子间距较大，故水分子之间的相互作用总体上表现为引力，内部水分子之间表现为斥力，当两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”，其内部分子之间的距离增大，斥力在减小，表面引力在增大，分子之间表现为引力，根据分子势能和分子间距离的关系图象
可得“水桥”表面层中水分子势能与比内部水分子势能相比偏大。
17．当两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”，分子之间表现为引力，实验结束，王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程分子力做正功。
故选A。
18．[1]毛细现象是浸润液体在细管中上升的现象，水和玻璃浸润，而水和蜡、塑料不浸润；该材料是玻璃。
[2]在太空中完全失重，不考虑重力影响，毛细现象中的表面张力作用使粗细不同的细管液面上升高度相同且都能达到最高点，D正确。
19．A．液晶具有像液体的流动性与和连续性，故A正确；
B．液晶分子保持着固态晶体特有的规则排列方式，故B正确；
C．没有电压时，液晶是透明的能使反射光线通过，当加电压时，液晶变浑浊，光线不能通过，故C错误；
D．液晶具有晶体的光学各向异性，故D错误；
E．液晶态的分子排列方式介于固态和液态之间，所以也成为介晶态，故E正确。
故选ABE。
20． 缩小 稀疏 引力 B D C A
【详解】（1）[1]作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力；
[2][3]液体表面张力产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。
（2）[4]A．“天宫课堂”中物体在失重状态下，气泡不会受到浮力，故A错误；
B．水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，液体表面张力使其具有收缩到最小趋势，故B正确；
C．由于在失重状态下，水球呈球状而不是扁球状，故C错误；
D．气泡内分子一直在做无规则的热运动，故D错误。
故选B。
（3）[5]AD．液晶不是晶体，液晶像液体一样具有流动性，也具有晶体的性质，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的，故A错误，D正确。
B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，不是所有物理性质均表现各向异性，故B错误。
C．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒还是晶体，故C错误。
故选D。
（4）[6] A．水与甲管的现象叫做不浸润，水与乙管的现象叫做浸润，故A错误；
B．水不会润湿甲材料，与甲管接触附着层内的水分子之间的作用表现为引力，故B错误：
C．浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象，两图现象均是毛细现象，故C正确：
D．水会润湿乙管材料并附着在其表面上，不适合制作防水衣，故D错误。
故选C。
（5）[7] 水处于完全失重状态，由于水对玻璃的浸润性，在表面张力的作用下，水应该吸附在容器的内表面呈现A的形状。
故选A。
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