第十一章第六节 材料及其应用简介
题型1 新材料及应用
▉题型1 新材料及应用
【知识点的认识】
新材料是在科学和工程领域不断发展的领域，涵盖各种不同类型的材料，具有独特的性质和应用。以下是一些新材料及其应用的例子：
1.碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）：
CNTs是碳原子以纳米尺度形成的管状结构，具有出色的导电性、导热性和强度。
应用：电子器件、导热材料、生物传感器、强轻型材料。
2.石墨烯（Graphene）：
石墨烯是由碳原子构成的单层薄片，具有极高的导电性、强度和透明性。
应用：电子设备、柔性显示器、储能设备、传感器。
3.聚合物纳米复合材料：
这些材料结合了聚合物基质和纳米填充物，具有改进的力学性能、热稳定性和电学性能。
应用：飞机材料、汽车部件、医疗设备、包装材料。
4.超导体材料：
超导体在低温下具有零电阻和磁场排斥效应，有广泛的电力应用。
应用：MRI设备、磁浮列车、能源传输。
5.记忆合金（Shape Memory Alloys，SMAs）：
SMAs在改变温度时可以恢复到其原始形状，具有形状记忆性能。
应用：医疗器械、太空科学、机械执行器。
6.二维材料：除石墨烯外，还有许多其他二维材料，如过渡金属二硫化物（TMDs）和黑磷（Phosphorene）。
应用：光电器件、电池、电荷传输材料。
7.纳米颗粒：
这些微小的颗粒在尺寸上通常小于100纳米，具有大量的表面积，导致其独特的性能。
应用：药物传递、生物传感器、材料强化。
8.有机电子材料：
有机电子材料是基于碳化合物的材料，用于制造柔性电子和光电器件。
应用：有机发光二极管（OLEDs）、太阳能电池、柔性电子设备。
这些新材料具有广泛的应用领域，包括电子、医疗、能源、材料科学等。它们的不断发展推动了技术和创新，为各种行业带来了新的机会和挑战。
1．家用电热灭蚊器电热部分的主要器件是PCT元件，PCT元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PCT元件具有发热、控温双重功能。对此，以下判断中正确的是（ ）
A．通电后，其电功率逐渐增大
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变
【答案】D
【解答】解：AB、通电后半导体材料的温度逐渐升高，由图象可知，半导体的电阻率先变小，后变大，由电阻定律R＝ρ可知，半导体材料的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由P可知，半导体材料的电功率先变大，后变小，故AB错误；
CD、由图象可知，在0～t1这区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2这区间里电阻R随温度的升高而增大；在t2～∞区间里电阻R随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，电热器的电功率P，可知电阻器的发热功率与电阻成反比。在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故C错误，D正确。
故选：D。
2．纳米材料有很多优越性，有着广阔的应用前景。已知1nm（纳米）＝10﹣9m，边长为1nm的立方体可容纳的氢分子的个数最接近下面哪一数值（ ）
A．100 B．102 C．103 D．104
【答案】C
【解答】解；1nm的立方体体积为（1nm）3＝10 27m3，氢分子体积与直径的立方成正比，直径d＝10﹣10m，所以 氢分子体积数量级为10 30m3
二者相除得到103，
故选：C。
3．用纳米材料制的涂料喷在船体上能使船所受的阻力减小为原来的一半。如果某一轮船的发动机的牵引力F不变，喷涂纳米材料后轮船加速度比原来增大一倍，则牵引力F与喷涂纳米材料后所受的阻力f的关系是（ ）
A．F＝f B． C．F＝2f D．F＝3f
【答案】B
【解答】解：喷涂纳米材料前，由牛顿第二定律，则有F﹣f＝ma
喷涂纳米材料后，则有Fm 2a
联立两式，解得：Ff，故B正确，ACD错误；
故选：B。
4．酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比，R0为定值电阻。以下关于电压表示数的倒数（）与酒精气体浓度的倒数（）之间关系的图象，正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解答】解：传感器电阻r′与定值串连接入电源。而传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比。
即 ①
由闭合电路欧姆定律可知：U＝IR0 ②
由①②联式可得：
则与成线性关系
故选：A。
5．在“传感器的简单应用”试验中，用光照射半导体做成的光敏电阻时，光敏电阻的阻值将（ ）
A．大大增大 B．保持不变
C．大大减小 D．如何变化不能确定
【答案】C
【解答】解：A、光照射半导体做成的光敏电阻的阻值大小大大减少。故A错误；
B、光照射半导体做成的光敏电阻的阻值大小大大减少。故B错误；
C、光照射半导体做成的光敏电阻的阻值大小大大减少。故C正确；
D、光照射半导体做成的光敏电阻的阻值大小大大减少。故D错误；
故选：C。
6．半导体电阻的大小随温度的变化会发生明显的改变，用半导体材料制成的电阻叫热敏电阻。热敏电阻可以用来监控汽车元件温度的变化，如图（a）所示是热敏电阻的阻值随温度变化的规律图，现将该电阻与阻值为50Ω的电阻R0组成如图（b）所示电路，电源电压为12V，当电流表的示数为0.2A时，热敏电阻的温度为（ ）
A．10℃ B．30℃ C．60℃ D．90℃
【答案】C
【解答】解：根据欧姆定律得：R总60Ω，
所以有：R＝R总﹣R0＝60Ω﹣50Ω＝10Ω。
由图象可知热敏电阻阻值为10Ω时，温度是60℃。
故C正确、ABD错误。
故选：C。
7．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能，对此，以下判断正确的是（ ）
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变。
A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
【答案】D
【解答】解：①通电后半导体材料的温度逐渐升高，由图象可知，半导体的电阻率先变小，后变大，由电阻定律R可知，半导体材料的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由电功率公式P知，半导体材料的电功率先变大，后变小，故①正确，②错误；
③由图象可知，在0～t1这区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2这区间里电阻R随温度的升高而增大；在t2～区间里电阻R随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，电热器的电功率P，可知电阻器的发热功率与电阻成反比。在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故③错误，④正确。
故选：D。
8．现代科学技术的发展与材料科学、能源的开发密切相关，下列说法正确的是 （ ）
A．化石能源为清洁能源
B．纳米材料的粒度在1～100μm之间
C．能源就是能量，是不会减少的
D．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性。
【答案】D
【解答】解：A、化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉积而来，是一次能源。化石燃料不完全燃烧后，都会散发出有毒的气体，却是人类必不可少的燃料。化石能源所包含的天然资源有煤炭、石油和天然气。故A错误；
B、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（1﹣100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。故B错误；
C、能源是自然界赋存的已经查明和推定的能够提供热、光、动力和电能等各种形式的能量来源，是会减少的，故C错误；
D、液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性，在显示器等方面有着广泛应用，故D正确；
故选：D。
（多选）9．如图所示，带有活塞的气缸中，封闭一定质量的理想气体，将一个半导体热敏电阻R置于气缸中，热敏电阻R与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热性能。若发现电流表A的读数增大时，以下判断正确的是（ ）
A．气体压强一定增大 B．气体体积一定增大
C．气体一定对外做功 D．气体内能一定增大
【答案】BCD
【解答】解：气体用活塞封闭，故气体的压强不变。电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，气缸内温度升高，内能增大，由气体状态方程C可得，气体体积一定增大，气体对外界做功；
故选：BCD。
（多选）10．如图所示，带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缺中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热（与外界无热交换）性能。若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是（ ）
A．气体一定对外做功 B．气体体积一定增大
C．气体内能一定增大 D．气体压强一定增大
【答案】ABC
【解答】解：A、B、D气体用活塞封闭，故气体的压强不变。电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，气缸内温度升高，由气体状态方程c可得，气体体积一定增大，气体对外界做功，故A、B正确，故D错误；
C、气体内能只与温度有关，故内能一定增大，故C正确；
故选：ABC。
（多选）11．家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两重功能，若单位时间内电热灭蚊器散发的热量不变，对此以下说法中正确的是（ ）
A．通电后其功率先增大后减小
B．通电后其功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2的某一值不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
【答案】AC
【解答】解：A、通电后半导体材料的温度逐渐升高，由图象可知，半导体的电阻率先变小，后变大，由电阻定律R＝ρ可知，半导体材料的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由P可知，半导体材料的电功率先变大，后变小，故A正确，B错误；
C、由图象可知，在0～t1这区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2这区间里电阻R随温度的升高而增大；在t2～区间里电阻R随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，电热器的电功率P，可知电阻器的发热功率与电阻成反比。在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故C正确，D错误。
故选：AC。第十一章第六节 材料及其应用简介
题型1 新材料及应用
▉题型1 新材料及应用
【知识点的认识】
新材料是在科学和工程领域不断发展的领域，涵盖各种不同类型的材料，具有独特的性质和应用。以下是一些新材料及其应用的例子：
1.碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）：
CNTs是碳原子以纳米尺度形成的管状结构，具有出色的导电性、导热性和强度。
应用：电子器件、导热材料、生物传感器、强轻型材料。
2.石墨烯（Graphene）：
石墨烯是由碳原子构成的单层薄片，具有极高的导电性、强度和透明性。
应用：电子设备、柔性显示器、储能设备、传感器。
3.聚合物纳米复合材料：
这些材料结合了聚合物基质和纳米填充物，具有改进的力学性能、热稳定性和电学性能。
应用：飞机材料、汽车部件、医疗设备、包装材料。
4.超导体材料：
超导体在低温下具有零电阻和磁场排斥效应，有广泛的电力应用。
应用：MRI设备、磁浮列车、能源传输。
5.记忆合金（Shape Memory Alloys，SMAs）：
SMAs在改变温度时可以恢复到其原始形状，具有形状记忆性能。
应用：医疗器械、太空科学、机械执行器。
6.二维材料：除石墨烯外，还有许多其他二维材料，如过渡金属二硫化物（TMDs）和黑磷（Phosphorene）。
应用：光电器件、电池、电荷传输材料。
7.纳米颗粒：
这些微小的颗粒在尺寸上通常小于100纳米，具有大量的表面积，导致其独特的性能。
应用：药物传递、生物传感器、材料强化。
8.有机电子材料：
有机电子材料是基于碳化合物的材料，用于制造柔性电子和光电器件。
应用：有机发光二极管（OLEDs）、太阳能电池、柔性电子设备。
这些新材料具有广泛的应用领域，包括电子、医疗、能源、材料科学等。它们的不断发展推动了技术和创新，为各种行业带来了新的机会和挑战。
1．家用电热灭蚊器电热部分的主要器件是PCT元件，PCT元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PCT元件具有发热、控温双重功能。对此，以下判断中正确的是（ ）
A．通电后，其电功率逐渐增大
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变
2．纳米材料有很多优越性，有着广阔的应用前景。已知1nm（纳米）＝10﹣9m，边长为1nm的立方体可容纳的氢分子的个数最接近下面哪一数值（ ）
A．100 B．102 C．103 D．104
3．用纳米材料制的涂料喷在船体上能使船所受的阻力减小为原来的一半。如果某一轮船的发动机的牵引力F不变，喷涂纳米材料后轮船加速度比原来增大一倍，则牵引力F与喷涂纳米材料后所受的阻力f的关系是（ ）
A．F＝f B． C．F＝2f D．F＝3f
4．酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比，R0为定值电阻。以下关于电压表示数的倒数（）与酒精气体浓度的倒数（）之间关系的图象，正确的是（ ）
A． B．
C． D．
5．在“传感器的简单应用”试验中，用光照射半导体做成的光敏电阻时，光敏电阻的阻值将（ ）
A．大大增大 B．保持不变
C．大大减小 D．如何变化不能确定
6．半导体电阻的大小随温度的变化会发生明显的改变，用半导体材料制成的电阻叫热敏电阻。热敏电阻可以用来监控汽车元件温度的变化，如图（a）所示是热敏电阻的阻值随温度变化的规律图，现将该电阻与阻值为50Ω的电阻R0组成如图（b）所示电路，电源电压为12V，当电流表的示数为0.2A时，热敏电阻的温度为（ ）
A．10℃ B．30℃ C．60℃ D．90℃
7．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能，对此，以下判断正确的是（ ）
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变。
A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
8．现代科学技术的发展与材料科学、能源的开发密切相关，下列说法正确的是 （ ）
A．化石能源为清洁能源
B．纳米材料的粒度在1～100μm之间
C．能源就是能量，是不会减少的
D．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性。
（多选）9．如图所示，带有活塞的气缸中，封闭一定质量的理想气体，将一个半导体热敏电阻R置于气缸中，热敏电阻R与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热性能。若发现电流表A的读数增大时，以下判断正确的是（ ）
A．气体压强一定增大 B．气体体积一定增大
C．气体一定对外做功 D．气体内能一定增大
（多选）10．如图所示，带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缺中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热（与外界无热交换）性能。若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是（ ）
A．气体一定对外做功 B．气体体积一定增大
C．气体内能一定增大 D．气体压强一定增大
（多选）11．家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两重功能，若单位时间内电热灭蚊器散发的热量不变，对此以下说法中正确的是（ ）
A．通电后其功率先增大后减小
B．通电后其功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2的某一值不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
