第三节 材料的开发和利用
一、单选题
1.下面几种关于导体与绝缘体的说法中正确的是（ ）
A. 绝缘体没有电子所以不能导电 B. 导体内的电荷都会发生移动，所以导体能够导电
C. 导体能导电，都是靠自由电子的移动 D. 绝缘体不能导电，因为它几乎没有自由电荷
2.“新材料”是相对于传统材料而言的，新材料的使用对推动社会进步正在发挥着越来越大的作用，下列
关于“新材料”描述不正确的是（ ）
A. “超导材料”属于新材料
B. “超导材料”可以应用于电饭锅并使其效率提高
C. “半导体材料”的导电性会受温度、光照、杂质等外界因素的影响
D. “半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片
3.超导是指电阻为零的现象，目前发现某些物质在温度降到足够低时会出现超导现象．如果研制出常温下
的超导材料，你认为它最适合用来制作（ ）
A. 输电导线 B. 电炉丝 C. 白炽灯丝 D. 保险丝
4.LED 灯带在装饰材料中被广泛应用．芳芳同学在研究其内部结构时发现，灯带中的 LED 灯串联后经电流
适配器接入照明电路，如图所示．她取下一只 LED 灯接在电池两端，灯不亮，对调电池正负极后灯亮了，
但用手触摸几乎不发热．以下推断符合上述事实的是( )
A. 一只 LED 正常工作的电压是 220V B. 灯带中一只 LED 灯断路后其它灯还亮
C. LED 灯工作时主要是将电能转化为内能 D. LED 灯具有单向导电性
5.当温度降低到很低时，某些金属的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象，假如所有导体都没有了电
阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（ ）
A. 白炽灯仍能发光 B. 电动机仍能转动 C. 电饭锅仍能煮饭
D. 电熨斗仍能熨衣服6.若常温下的超导体研制成功，则它将适合于做（ ）
A. 保险丝 B. 输电线 C. 电炉丝 D. 滑动变阻器的线圈
7.超导是科学世界中最奇妙的现象之一，超导态中材料电阻为零．当超导体处于超导态时，下列科学原理、
定律、应用对超导体仍适用的是（ ）
A. 电磁铁 B. 短路时保险丝熔断 C. 欧姆定律 D. 焦耳定律
8.①铅笔芯、②金属刀片、③塑料三角尺、④大头针、⑤橡皮，其中属于导体的有（ ）
A. ①②③ B. ①②④ C. ①②⑤ D. ②④⑤
9.目前，科学家已经开发出一些“高温”的超导材料，在 100K（﹣173.15℃）左右电阻就能降为零．利用
超导材料可以制成（ ）
A. 加热器的发热体 B. 具有单向导电性的二极管
C. 输送电能的输电线 D. 能放大电信号的三极管
10.超市使用的条形码识别仪的光敏二极管主要材料（ ）
A. 导体 B. 半导体 C. 绝缘体 D. 超导体
二、填空题
11.超导体的应用有十分诱人的前景．假如有一天，科学家研制出室温下的超导材料，那么下面哪一个用
电器的效率可大大提高？________ A．白炽灯 B 电风扇 C 电水壶 D 电饭锅
理由：________．
12. 1911 年，荷兰物理学家昂内斯发现，当水银的温度下降到﹣269℃时，其电阻就会完全消失，这种
现象叫做“超导现象”，人们把具有这种现象的物体叫做超导体．在超导状态下，导体的电阻 R=________
Ω，如果利用超导线进行远距离输电，导线________ （填“会”或“不会”）发热．2009 年 10 月 10 日，
美国科学家合成物（Tl4Ba）Ba2Ca2Cu7O13+，将超导温度提高到负 19℃，对于推广超导的实际应用具有极
大的意义．目前主要应用在医学中的核磁共振和磁悬浮列车．
13.如图所示，是发光二极管的示意图．当电流从较长的接线脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其
发光；如果电流从较短接线脚流入，电路处于________（选填“短路”或“开路”）状态，这说明发光二
极管具有________导电性．14.纳米材料具有广泛的应用，纳米铜在室温下可以拉长达 50 多倍而不出现裂纹，所以它具有________性，
用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，坚硬，“不怕火”，所以硬度________、熔点________．
15.有些元素如硅、锗等的导电性能介于金属和非金属之间，常称作半导体材料，其导电能力比铜、铁等
金属的要________ （选填“强”或“弱”）．某些物质在温度很低时，电阻变为零，这就是超导现
象．如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪种情境中得到应用________ （选填序号）．①用作电
吹风的电热丝 ②用作白炽灯的灯丝 ③用作输电线缆．
三、解答题
16.如果我们找到了在常温下具有超导特性的导体，设想，我们现在的生活将会发生什么变化？
17.超导体是指科学实验中，当导体在很低的温度时（约在负 100℃﹣负 200℃），导体的电阻变为零．这
时电灯能否工作？电饭锅能否工作？
四、综合题
18.1911 年，荷兰科学家卡末林﹣昂内斯（Heike Kam erlingh﹣Onnes）用液氦冷却汞，当温度下降到
4.2K（零下 268.95℃）时，水银的电阻完全消失．当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这即
为超导现象．1933 年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质﹣完全抗磁
性，也称迈斯纳效应．完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，体内的磁感应强度为零的现象．迈
斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这
将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损．另外利用超导悬浮还可制造无磨损轴承，将轴承
转速提高到每分钟 10 万转以上．发生超导现象时的温度称为临界温度．2014 年 12 月，我国科学家发现了
一种新的铁基超导材料锂铁氢氧铁硒化合物，其超导转变温度高达 40K（零下 233.15 摄氏度）以上，这是
世界上首次利用水热法发现铁硒类新型高温超导材料，堪称铁基超导研究的重大进展，为相关体系新超导
体的探索提供了新的研究思路．同时，为探索铁基高温超导的内在物理机制提供了理想的材料体系．
根据材料请回答下列问题（1）当温度降低到足够低时，有些材料的________ 变为零，这即为超导现象
（2）荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质________ 也称迈斯纳效
应．把一块磁铁放在超导盘上方，超导盘磁化的方向与磁铁磁场的方向________ （填相同、相反），磁
铁受到向上排斥力，就可悬浮在空中．
（3）若常温下超导体研制成功，则超导体适合做 ________
A．电炉丝 B．输电线 C．滑动变阻器的线圈 D．电动机线圈．
19.阅读以下材料，回答相关问题超导磁流体推进器
磁流体推进器（英语：Magnetohydrodynamic Drive，MHD）是贯通海水的通道内建有一个磁场，这个磁场
能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，若运动方向指向船尾，则反作用力便会推动船舶前
进．而采用超导磁体作为磁场来源，则称为超导磁流体推进器．
磁流体推进器由磁体、电极和通道三部分构成，其推进过程可以借助物理学中的“磁场对通电直导线的作
用”这一现象解释．
超导电磁流体推进是把电能直接转换成流体动能，以喷射推进取代传统螺旋桨推进的新技术，它具有低噪
音和安全性等特点，在特殊船舶推进应用中具有重大价值．中科院从 1996 年开始超导磁流体推进技术的
研究，研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进实验船．
请回答下列问题：
（1）磁流体推进器由________、电极和通道三部分构成
（2）导电的海水在通道内流动时，船前进的方向如图 2 所示，此时海水受到向________的电磁力．（选
填“左”或“右”）
（3）导电的海水在通道内流动时，获得的动能是由________能转化成的．答案解析部分
一、单选题
1.【答案】C
【解析】A、绝缘体内部有电子，只是自由电子很少，所以不容易导电，故 A 不符合题意；
B 和 C、导体能导电是由于导体内部大量自由移动的电子形成的，故 B 不符合题意，C 符合题意；
D、绝缘体不能导电，因为它几乎没有自由电子，故 D 不符合题意；
故答案为：C.
【分析】导体导电实质是导体中有可以自由移动的电荷，绝缘体不导电的实质是里面几乎没有刻意自由移
动的电子.
2.【答案】B
【解析】A、“超导材料”属于新材料，故 A 说法正确；
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
在电饭锅上，故 B 说法不正确；
C、半导体的导电性能受温度、光照、杂质等外界因素的影响远比导体、绝缘体大得多，压敏电阻和光敏
电阻就是利用半导体这一特性制成的．故 C 说法正确；
D、手机、电视机、电脑的元件及芯片都应用了“半导体材料”，故 D 说法正确．
故选 B．
【分析】（1）新材料包括：“超导材料”、“半导体材料”和“纳米材料”等．
（2）超导是超导电性的简称，它是指金属、合金或其它材料在温度降到足够低时电阻变为零，电流通过
时不会有任何损失的性质．
（3）半导体的导电性能受温度、杂质、光照等因素的影响很大，半导体在各种电器上有着广泛的应用，
3.【答案】A
【解析】A、用超导体做输电导线，可以减小由电能到内能的损耗，提高传输效率，故 A 符合题意； B、
电炉丝需要将电能转化为内能，电阻为 0 无法将电能转化为内能，故 B 不符合题意；
C、灯丝必须在白炽状态下才能正常发光，电阻为 0 无法将电能转化为内能，无法放热，故 C 不符合题意
D、保险丝利用的是电流的热效应，当电流过大时，自动熔断来保护电路的．电阻为 0 无法将电能转化为
内能，无法熔断，故 D 不符合题意．故选：A．
【分析】超导现象是电阻为零的现象，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，超导
体适合制作输电导线和电动机线圈等．
4.【答案】D
【解析】A.LED 灯是串联后通过电源适配器接入照明电路的，所以一只 LED 灯的工作电压小于家庭电路电
压，小于 220V，A 项错误；B.因为灯带中的 LED 灯是串联的，所以灯带中一只 LED 灯断路后其它灯也不能
工作，B 项错误；
C.由于用手试摸，点亮的灯几乎不发热，说明电能几乎没有转化成内能，绝大部分都转化成了光能，C 项
错误；
D.取下一只 LED 灯接在电池两端，灯不亮，对调电池正负极后灯亮了，说明 LED 灯具有单向导电性，D 项
正确．
【分析】照明电路的电压是 220V，灯带中的 LED 灯是串联后接入电路的，所以一只 LED 灯的工作电压小于
220V；串联电路，电流只有一条路径，各元件相互影响.
5.【答案】B
【解析】超导现象是指电阻为零，假如所有导体都没有了电阻，当用电器通电时用电流的热效应工作的用
电器，都不能工作，ACD 都是靠电流的热效应工作的，故 ACD 错误．可以做远距离输电的导线和电动机的
线圈．
故选 B．
【分析】要解答本题需掌握：超导现象，以及超导体可以用在不用电流的热效应工作的用电器上．
6.【答案】B
【解析】保险丝是利用熔点低、电阻率大的铅锑合金材料来做的；
电炉丝是用电阻率大、熔点高的材料做；
滑动变阻器是利用电阻率大的材料来做，以上三种元件若没有电阻则保险丝在电流过大时是不会熔断，电
炉丝不发热，变阻器没有电阻．
而输电线可以用超导体来做，这样可以减少输电线路上电能的损失．
故选 B．
【分析】要解答本题需掌握：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．7.【答案】A
【解析】假如常温下就能使用超导体，适合制作人们不需要电热的地方，如：输电导线、电磁铁、电动机
和发电机线圈等，保险丝、欧姆定律、焦耳定律都是用电流的热效应工作的，电阻为零无法将电能转化为
内能，因此不能用超导体制作．
故选：A．
【分析】本题考查超导现象的应用，生活中不需要电热的地方可以用超导材料，而需要电热的地方不能用
超导材料．
8.【答案】B
【解析】容易导电的物体叫导体，常见的导体有铅笔芯、金属等；不容易导电的物体叫绝缘体，常见的绝
缘体包括：玻璃、陶瓷、橡胶、塑料等.①铅笔芯、②金属刀片、③塑料三角尺、④大头针、⑤橡皮，这
六种物质中属于导体的是：①铅笔芯、②金属刀片、④大头针．
故答案为：B．
【分析】容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，根据所列物体是否容易导电分析解答.
9.【答案】C
【解析】A、加热器的发热体是利用电流的热效应工作的，超导材料因为没有电阻，所以不会发热，不能
做电热丝，故 A 错误；
BD、二极管和三极管是由半导体材料制成的，故 BD 错误；
C、在超导状态下，导体的电阻 R=0Ω，如果利用超导线进行远距离输电，根据焦耳定律可知导线不会发热，
因此利用超导材料可以制成输电线，故 C 正确．
故选 C．
【分析】（1）超导现象是指当温度降到某一值时，导体的电阻会完全消失，即为零电阻；
（2）由于超导体的电阻为零，电流流过超导体时，导体不会发热，不会由于焦耳热而损失电能，只要不
是靠电流的热效应工作的用电器，都可以用超导体制作．
10.【答案】B
【解析】当光照发生变化时，由半导体材料做成的光敏电阻的阻值可发生变化，则可以感知条形码；而其
他材料都不具有此种性质．故选 B．
【分析】解答本题应掌握：半导体的应用，光敏二极管的主要材料是半导体材料．
二、填空题11.【答案】B；超导体的电阻为零，用超导材料传做电动机的线圈可以减少电能损耗
【解析】假如科学家已研制出常温下就能使用的超导体，超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零．当
电阻为零时用超导材料做电动机线圈可以减少电能损耗，也可用作输电导线等．所有利用电流热效应工作
的电阻都不能用超导体制作．A、C、D 中都是利用电流热效应工作的，B 电风扇中有线圈，若用超导体来
做可减少电能的损耗，故 B 正确．故答案为：B；超导体的电阻为零，用超导材料做电动机的线圈可以减
少电能损耗．
【分析】超导现象是电阻为零的现象，超导体适合制作输电导线和电动机线圈等．
12.【答案】0；不会
【解析】在超导状态下，导体的电阻 R=0Ω，如果利用超导线进行远距离输电，根据焦耳定律可知导线不
会发热．故答案为：0；不会．
【分析】（1）超导现象是指当温度降到某一值时，导体的电阻会完全消失，即为零电阻；（2）由于超导
体的电阻为零，电流流过超导体时，导体不会发热，不会由于焦耳热而损失电能，只要不是靠电流的热效
应工作的用电器，都可以用超导体制作．
13.【答案】开路；单向
【解析】在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．如图当电流从较长的接线脚流入时，发光
二极管中有电流通过，使其发光；如果电流从较短接线脚流入，二极管将不发光，处于断路状态．说明二
极管的单向导电性．故答案为：开路；单向．
【分析】发光二极管只允许电流从二极管的正极流入，负极流出．如果反向，二极管将不亮．
14.【答案】延展；大；高
【解析】纳米材料具有广泛的应用，纳米铜在室温下可以拉长达 50 多倍而不出现裂纹，所以它具有延展
性，用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，坚硬，“不怕火”，所以硬度大熔点高．故答案为：延展；大；高．
【分析】1 克直径为 100 纳米的颗粒表面积总和可高达 100 平方米所以它具有很强的延展性；一些高分子
材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬，而且具有很高的熔点；利用这些特性，可以高效率地
将太阳能转变为热能、电能．
15.【答案】弱；③
【解析】（1）半导体的导电能力比金属导体的导电能力弱．
（2）超导体电阻是零，所以超导体不会将电能转化成内能，不会放热．利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作．正因为超导体无法将电能转化为内能，所以用于发电、做输送电力的线路是非常
好的材料，可以大大降低电能的损耗．
故答案为：弱；③．
【分析】（1）容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，导电性能介于导体与绝缘体之间的
叫半导体．
（2）超导体的电阻为零，利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作，但可用于发电、做输
送电力的线路．
三、解答题
16.【答案】有电流流过超导体时，不会产生热量，当人们不需要电热时，可以使用这种超导体．
故参考答案为：用超导材料制成输电线，导线不会因为发热而损耗电能；我们不必再用高压输电，同时输
电线也不必像现在这样粗．（其他合理即可）
【解析】【分析】有些材料在温度降低到一定程度时，其电阻会变成零，这种材料叫超导材料．电流流过
超导体时不会发热．
17.【答案】答：导体若没有了电阻，就不能产生热量，所以利用电流热效应工作的用电器将不能工作，
不是利用电流热效应工作的用电器能工作．白炽灯和电饭锅都是利用电流热效应工作的，所以都不能正常
工作．
【解析】【分析】根据超导体电阻为零的特点可知，超导体通电不能产生热量，然后分析用电器，哪些是
利用电流的热效应工作的，则那些用电器就不能正常使用．
四、综合题
18.【答案】（1）电阻
（2）完全抗磁性；相反
（3）BD
【解析】（1）当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这即为超导现象．
（2）荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质完全抗磁性，也称迈斯纳效
应；
同名磁极相互排斥，把一块磁铁放在超导盘上方，超导盘磁化的方向与磁铁磁场的方向相反时，磁铁受到
向上排斥力，就可悬浮在空中；
（3）电炉丝、滑动变阻器的线圈都是利用电流的热效应工作的，如果导体没有电阻，通电时，电炉丝不会产生电热，滑动变阻器不能分压；
导体有电阻时，输电线会产生热量，把部分电能转化为内能浪费掉；如果没有电阻，输电线不会产生热量，
不需要浪费电能；
导体有电阻时，电动机工作过程中把电能转化为机械能和内能，假设导体没有电阻，当电动机通电时，电
动机不会产生电热，电能全部转化为机械能，效率更高更好．所以超导体适合做输电线和电动机线圈．
故答案为：（1）电阻；（2）完全抗磁性；相反；（3）BD．
【分析】（1）根据资料中的信息解答；
（2）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引；
（3）假设导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，利用电流的热效应工作的家用电器将
不能工作．
19.【答案】（1）磁体
（2）右
（3）电
【解析】（1）由文中的内容可知：磁流体推进器由磁体、电极和通道三部分构成；（2）由题可知，磁场
能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，若运动方向指向船尾，则反作用力便会推动船舶前
进；由图可知，船向左运动，则反作用力向左才能推动船舶前进，所以海水受到向右的电磁力；（3）磁
场能对导电的海水产生电磁力作用，导电的海水在通道内流动时，获得的动能是由磁场能转化成的．故答
案为：（1）磁体；（2）右；（3）电．
【分析】（1）磁流体推进器由磁体、电极和通道三部分构成；（2）根据力的相互性分析；（3）磁场能
对导电的海水产生电磁力作用．
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