专题28 能源与材料2023-2024学年初中物理中考专项复习

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知识梳理
1、能源
（1）概念：凡是能为人类提供能量的物质都叫做能源。
（2）能源与能量是两个不同的物理量，能源的利用过程实质上就是能量的转化和转移过程，能量则是物体做功本领的量度。
（3）生活中常见的能源：煤炭、石油、天燃气、汽油、柴油、热力、电力等。
2、新能源
（1）新能源又称非常规能源，是传统能源之外的各种能源形式，例如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
（2）相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决环境污染和资源枯竭问题具有重要意义。
3、能源的分类
（1）产生方式角度划分
一次能源：从自然界直接获取的能源，例如，煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能。
二次能源：无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源，例如，电能、乙醇汽油、氢能、沼气。
（2）是否可再生角度划分
可再生能源：可以从自然界中源源不断获取的能源，例如，水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能。
不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源，例如，煤炭、石油、天然气、核能。
4、材料
（1）当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。例如：提高强度、硬度，降低烧结温度，提高材料磁性等。
（2）超导材料：
①电阻为零的材料。
②应用：可实现远距离大功率输电，如超导磁悬浮列车。
半导体材料
①导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，例如：硅、砷化家、锗等，具有单向导电性。
②应用：发光二极管、集成电路、太阳能电池、机器人、条形码扫描器、微处理器等。
1.科技自立自强是国家发展的战略支撑，华为麒麟950芯片是华为有自主知识产权的芯片，制造芯片的主要材料是( )
A. 导体B. 半导体C. 绝缘体D. 超导体
【答案】B
【解析】芯片主要是由半导体材料制成的。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选：B。
根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物体叫导体，如：人体、大地、各种金属、石墨、酸碱盐的溶液等；
不容易导电的物体叫绝缘体，如：玻璃、陶瓷、橡胶、塑料等；
导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，常见半导体材料有：锗、硅、砷化镓等。
本题考查半导体的应用，属于基础知识。
2.变色二极管红绿交替发光。电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光。原来其内部封装有一红一绿两个发光二极管，发光二极管符号为
，当电流从“+”极流入时二极管能通电且发光，当电流从“−”极流入时二极管不能发光。则该变色二极管的内部结构可能是下图中的( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】【分析】
当电流从二极管的正接线柱流入，负接线柱流出时，二极管将电路接通；当电流从二极管的负接线柱流入时，二极管在电路中处于断开状态。
本题考查电路的基本连接方式以及二极管单向导电性的特点。
【解答】
因为二极管具有单向导电性，当电流从二极管的正接线柱流入，负接线柱流出时，二极管将电路接通；当电流从二极管的负接线柱流入时，二极管在电路中处于断开状态；根据题意可知，电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光，所以两二极管并联，且红发光二极管的正接线柱在P端，负接线柱在Q端，绿发光二极管的正接线柱在Q端，负接线柱在P端，故B正确，ACD错误。
故选：B。
3.在超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就。假如人们已研制出常温下的超导体，则可以用它制作( )
A. 滑动变阻器的电阻丝B. 白炽灯泡的灯丝
C. 电炉的电阻丝D. 远距离输电导线
【答案】D
【解析】解：A、滑动变阻器的电阻丝是用电阻比较大合金做成的，它是靠改变连入电路的丝的长度来改变电阻，若电阻为零将起不到变阻的作用，不符合题意；
B、灯丝必须在白炽状态下才能正常发光，电阻为零无法将电能转化为内能，无法放热，不符合题意；
C、电炉丝需要将电能转化为内能，电阻为零无法将电能转化为内能，不符合题意；
D、根据焦耳定律Q=I2Rt，可知，远距离输电，当电阻为零时，可使导线损耗为零，便可提高传输效率，符合题意。
故选：D。
(1)超导体的电阻为零，不会放热，所以电能无法转化为内能。
(2)超导体的电阻为零，也就避免了内能的损耗，适合做输电线路。
本题考查了超导体的特点及应用，体现了物理服务于社会的课标理念。解答本题的关键是超导体是零电阻，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
4.电热丝通常用镍铬合金或铁铬铝合金等材料制作，从导电性能看，电热丝属于( )
A. 绝缘体B. 超导体C. 半导体D. 导体
【答案】D
【解析】解：电热器都是利用电流的热效应工作的，所以不能用超导体作为电热丝，应是导体，故D正确，ABC错误。
故选D。
(1)容易导电的物体是导体，不容易导电的物体是绝缘体；
(2)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，而需要电热的地方不能用超导材料；
(3)导电性能介于导体和绝缘体之间，属于半导体材料，具有单向导电性；
(4)理解焦耳定律，知道电流通过导体时的发热原因，是由于导体存在电阻。
本题主要考查导体、绝缘体、半导体的特点，知道各种材料的不同物理性质，应用时要根据需要选择相应的材料。
5.2022年我国在超导领域取得重大突破。超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛。常温下的超导体，最适合制作( )
A. 家用保险丝B. 白炽灯泡的灯丝C. 电熨斗发热体D. 高压输电线
【答案】D
【解析】解：A、家用保险丝的材料要求电阻大，故A错误；
B、白炽灯泡的灯丝在使用时将电能转化成内能和光能，故电阻也不能为零，故B错误；
C、电熨斗发热体使用时电能转化成内能，电阻不能为零，故C错误；
D、高压输电线如果用超导体材料，能够无损耗地传输电能，故D正确。
故选：D。
超导体的电阻为零，能够无损耗地传输电能。
本题是生活常识题，属于基础题。
6.纳米陶瓷作为新材料应用广泛，它具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、防渗透、无磁性等特点，下列选项中不能使用纳米陶瓷材料的是( )
A. 装烧碱的容器B. 切割金属的刀具
C. 银行储蓄卡D. “C919”客机的外表涂层
【答案】C
【解析】解：A、纳米陶瓷耐腐蚀，因此可以用来制造装烧碱的容器。故A不符合题意；
B、纳米陶瓷耐磨损，硬度大，适合做切割金属的刀具。故B不符合题意；
C、纳米陶瓷完全无磁性，因此不能制造银行储蓄卡。故C符合题意；
D、纳米陶瓷耐磨损、耐高温、防渗透，可以作为“C919”客机的外表涂层。故D不符合题意。
故选：C。
根据纳米陶瓷的耐磨、耐腐蚀、耐高温、防渗透、完全无磁性等特点判断各选项的正误。
本题考查了纳米陶瓷材料的应用，能够结合它的特点进行分析是解题的关键。
7.下列关于材料特性的描述，正确的是( )
A. 半导体材料可制成具有单向导电性的电子元件
B. 涂有隐性材料的飞机能将雷达发射来的电磁波大部分反射回去
C. 黄金的纳米颗粒的性能与普通黄金的性能一样
D. 当温度降到0℃附近时，汞的电阻变为零，表现出超导性
【答案】A
【解析】解：A、半导体二极管具有单向导电性，可以制成具有单向导电性的电子元件，该选项说法正确；
B、隐形材料可以有效避开雷达的探测，主要是它表面有一种特殊材料，能够增强对电磁波的吸收，使雷达收不到反射的回波，该选项说法不正确；
C、黄金的纳米颗粒的性能与普通黄金的性能是不一样的，该选项说法不正确；
D、当温度降到−269℃左右时，水银的电阻突然消失，也就是电阻变为零，出现超导现象，该选项说法不正确。
故选：A。
(1)制作二极管的主要材料是半导体材料，常用的有：硅、锗等材料，半导体二极管具有单向导电性；
(2)雷达就是利用电磁波的发射、传播、反射、接收来工作的；
(3)物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质，与普通的物质性质完全不同；
(4)某些特殊的材料，当温度降低到一定时，电阻值突然为零的现象，叫超导现象。
本题考查了学生对半导体、电磁波、纳米以及超导的掌握，具有一定综合性，属于基础知识的考查，相对比较简单。
8.在热水器中有一种性能非常优良的弹簧，当水温达到80C时，它可以立即伸长许多，将阀门关闭，及时防止了热水烫人。制作这种弹簧的材料应当是( )
A. 纳米材料B. 绿色材料C. 记忆合金D. 普通金属
【答案】C
【解析】【分析】
本题主要考查了材料的性能，了解材料的性能和用途是解决此题的关键。
根据材料的特性及各选项的材料是否适合这一特性来判断。
【解答】
A. 纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性，故A不符合题意；
B. 绿色材料是指在原料采取，产品制造使用和再循环利用以及废物处理等环节中与生态环境和谐共存并有利于人类健康的材料，它们要具备净化吸收功能和促进健康的功能，故B不符合题意；
C. 记忆合金的主要成分是镍和钛，它独有的物理特性是：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致外形变化，故C符合题意；
D.金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，故D不符合题意。
故选C。
9.下列物质中不属于新材料的是( )
A. 记忆合金B. 纳米材料C. 绿色能源D. 石油和煤炭
【答案】D
【解析】【分析】
此题考查的是新材料的题目，容易解答。
利用生活中常见的新材料分析解答即可。
【解答】
解：其中A.记忆合金、B.纳米材料、C.绿色能源都是新材料能源，D.石油和煤炭是不可再生能源，不属于新材料，故D正确。
故选D。
10.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1000℃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
【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了碳纤维复合材料的特点，难度不大。
碳纤维复合材料具有“轻、固、美、耐高温“的特点，由此作答。
【解答】
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。
11.关于原子、原子核和核能，下列说法正确的是( )
A. 原子由质子和电子组成B. 原子核只有相互结合时才能释放核能
C. 原子核只有分裂时才能释放核能D. 核能是一次能源
【答案】D
【解析】原子是由原子核和电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，选项A错误；
原子核分裂或者相互结合时均有可能释放核能，选项B、C错误；
核能可以直接从自然界获得，是一次能源，选项D正确．
故选D．
12.许多城市都在推广利用太阳能，城市交通指示灯及路灯照明系统已大量使用太阳能，下列关于太阳能的说法不正确的是( )
A. 太阳是一个巨大的“核能火炉”
B. 太阳能为二次能源
C. 对于人类，太阳能几乎可以说是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源
D. 太阳能清洁无污染
【答案】B
【解析】地球接受的辐射能来自太阳中的核聚变反应，因此太阳是一个巨大的“核能火炉”，故选项A正确；太阳能可以从自然界直接获取，为一次能源，故选项B不正确；太阳能属于可再生能源，并且清洁无污染，故选项C、D正确．
13.我国自行研发、制造的“隐形战机”歼—20已经正式列装，战备值班。这标志着我国的国防能力已经达到一个更高的水平。歼—20可以有效地避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够__________(选填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用；秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够__________(选填“增强”或“减弱”)反射回雷达探测设备的电磁波。
【答案】增强;减弱
【解析】【分析】
本题主要考查学生对：电磁波的传播的特点的了解和掌握．是一道基础题。
要解答本题需掌握：电磁波在传播过程可以被吸收，也可以被反射。
【解答】
“隐形战机”，可以有效避开雷达的探测，主要是它表面有一种特殊材料，能够增强对电磁波的吸收。它的表面制成特殊形状，这种形状能够减弱电磁波反射回雷达。
故答案为：增强；减弱。
14.为了保护学生的视力，金初将教室的日光灯更换为无频闪、柔光防眩的护眼LED灯，其核心元件发光二极管的主要材料是______(填“超导体”或“半导体”)；LED灯具有高效节能的特点，是指它将电能转化为光能的______(填“功率”或“效率”)高。
【答案】半导体 效率
【解析】解：制作二极管的主要材料是半导体材料；在亮度相同的情况下，LED消耗较少的电能，因此LED将电能转化为光能的效率比白炽灯高。故答案为：半导体；效率。
制作二极管的主要材料是半导体材料，常用的有：硅、锗等材料；LED灯消耗的电能少，得到的光能多，则利用率就高。
本题考查了极管由什么材料制成的、节能灯的效率，是一道基础题
15.同样条件下，金属导体的电阻还与______有关。温度升高，金属导体的电阻会______，温度______，金属导体的电阻会减小。某些材料，当温度降低到一定程度时，电阻会为______，这就是超导现象。
【答案】温度 增大 降低 0
【解析】解：当导体的长度、横截面积以及材料一定时，金属导体的电阻还与温度有关。
当温度升高时，大多数金属导体的电阻会增大；温度降低时，大多数金属导体的电阻会减小。
某些材料，当温度降低到一定程度时，其电阻会为0，这就是超导现象。
故答案为：温度；增大；降低；0。
影响电阻的因素有长度、横截面积、材料以及温度；一般情况下，金属导体的电阻随温度的升高而增大；当导体的电阻变为0时，称之为超导现象。
本题考查了影响电阻大小的因素以及超导现象，属于基础题。
16.电流在灯丝中无论沿什么方向流动都能使其发光，但是由______(填“半导体”或“超导体”)材料做成的发光二极管(简称LED灯)，只能让电流从一个方向流过，也就是发光二极管具有______性。如图所示的电路中灯泡发光，可据此推断出导线中电流方向为C→______(填“A”或“B”)。
【答案】半导体； 单向导电； A
【解析】【分析】
发光二极管的制作材料是半导体；二极管具有单向导电性；二极管加正向电压时，电阻很小，加反向电压时，电阻很大。
此题考查了半导体、电流方向等知识点，属基础题目。
【解答】
由半导体材料做成的发光二极管(简称LED灯)，只能让电流从一个方向流过，也就是发光二极管具有单向导电性。如图所示的电路中导线中电流方向为C→A。
17.很多“村村通”的道路两旁都安装有如图所示的太阳能LED照明路灯。它主要由太阳能电池板、LED灯头等部件构成。其中，太阳能电池板将______能转化为______能。LED是一种发光二极管，是由______(选填“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料制成，通过电流能够发光，可以把电能直接转化成______能。太阳能是______(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
【答案】太阳；电；半导体；光；可再生
【解析】解：太阳能电池板的工作原理是：太阳能直接转换为电能，然后再将电能通过蓄电池转化为化学能存储起来。
LED发光二极管是由半导体材料制成的，只有正向通电时才会发光；发光时，将电能直接转化为光能。
太阳能可以源源不断地从太阳获取，太阳能为可再生能源。
故答案为：太阳；电；半导体；光；可再生
弄清太阳能电池的工作原理、LED发光二极管的工作原理及能源的分类，然后解答。
本题考查了学生对于能源基础知识以及发光二极管的工作原理的掌握程度。题目较简单。
18.就导电性能来说，金属的导电性能一般比非金属________(强/弱)；有些物质如硅、锗等，其导电性能介于导体和绝缘体之间，称作________.某些物质在温度极低时，电阻会变成零，这就是________现象．
【答案】强；半导体；超导
【解析】解：金属的导电性能一般比非金属强；介于导体和绝缘体之间的硅和锗是半导体材料；当物质的电阻变为零时，导电性能极强，属于超导现象；
故答案为：强；半导体；超导
(1)根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物体叫导体，如：人体、大地、各种金属、石墨、酸碱盐的溶液等；不容易导电的物体叫绝缘体，如：玻璃、陶瓷、橡胶、塑料等；导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，如：硅、锗等；
(2)当物质电阻为零时，会出现超导现象。
此题主要考查导体、半导体和超导现象，都属于基础知识。
19.石墨烯太阳能电池可以将各种可见光具有的能量转换为 能。在石墨烯研究领域中，中国学者曹原取得重大发现。当两层平行石墨烯堆成约1.1°的角度，加入一定数量的电子时，电阻会突然变为零，产生 现象，做到这一点就有可能实现远距离无损耗的输送强电流。
【答案】电
超导
【解析】略
20.新材料被誉为制造业的“基石”，由硬原子形成的石墨烯片层卷成的无缝中空的管体，单壁管的直径一般在1−10nm之间的新材料位于碳基新材料“金字塔”的顶端，由此可知，该材料是______ (选填“半导体”“超导体”或“纳米”)材料；另一种新材料石墨烯也逐渐广泛应用，可以制造触摸屏，手指触动时手机屏幕亮起，在电路中触摸屏相当于______ (选填“电源”“开关”“用电器”或“导线”)。
【答案】纳米 开关
【解析】解：硬原子形成的石墨烯片层卷成的无缝中空的管体，单壁管的直径一般在1−10nm之间，即单壁管的直径达到纳米量级，由此可知，该材料是纳米材料；
石墨烯触摸屏，手指触动时手机屏幕亮起，说明能够控制电路的通断，所以在电路中触摸屏相当于开关。
故答案为：纳米；开关。
(1)纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料；
(2)电路是由提供电能的电源、消耗电能的用电器、控制电路通断的开关和输送电能的导线四部分组成，缺少或不完整都会影响电路的正常工作。
本题考查了纳米材料和电路的组成，属于基础知识考查。
21.如图所示，科普展览会上有一种神奇的金属花，制作时先将花瓣制成开放状态，然后在低温下将花瓣闭合，它的花瓣是用 制成的。当灯光一照它会 (选填“打开”或“闭合”)，如 (选填“左”或“右”)图所示。
【答案】记忆合金
打开
左
【解析】略
22.用形状记忆合金弹簧，可打通被血栓堵塞的冠状动脉。使用时，先将形状记忆合金弹簧 ，插入内充冷水的导管里，用导管将它送入冠状动脉血栓中，由于体内热量使形状记忆合金弹簧 ，恢复 ，可将血栓撑开，打通冠状动脉。
【答案】拉直
升温
原弹簧形状
【解析】解：人体内温度较高，会使记忆合金的形状发生变化，因而可以先将记忆合金弹簧拉直，当它顺利到达血栓处后由于温度升高，弹簧恢复原状，从而把血栓撑开。
23.用 制作的眼镜架，当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入55 ℃的温水中，即可恢复到原来的形状．
【答案】记忆合金
【解析】【分析】
本题考查新材料的应用，属于基础内容。
记忆材料在外形发生改变后，温度升高将恢复到原来的形状。
【解答】
记忆合金在一定的温度下能恢复到原来的形状。
故答案为：记忆合金。
24.电风扇的核心部件是电动机，甲、乙两台电风扇的电动机工作20s，电动机输出的机械能和电流通过电动机产生的热量如图所示。
(1)甲电动机的效率 (选填“大于”、“等于”或“小于”)乙电动机的效率。
(2)甲电动机工作20s，输出的机械能为 J。
(3)乙电动机工作20s，消耗的电能为 J。
【答案】小于 1400 2000
【解析】解：
(1)由图知，甲电动机的效率是70%，乙电动机的效率是75%，所以甲电动机效率小于乙电动机的效率；
(2)甲电风扇的电动机工作20s时：QW机械=600JW机械=30%70%，
所以输出的机械能W机械=1400J；
(3)乙电动机工作20s的效率：η=W机械′W电=1500JW电=75%，
所以消耗的电能W电=2000J。
故答案为：(1)小于；(2)1400；(3)2000。
电动机效率是电动机输出的机械能与消耗电能的百分比，由图示可直接读出两电动机工作时输出的机械能和产生热量的百分比，据此分析解答。
本题考查电动机效率理解和应用，从图中获取有用信息是关键。
25.核电站通过核反应堆中的核______ (选填“聚变”或“裂变”)来加热水，将核能转化为水蒸气的______ 能，再通过汽轮机转化为机械能，最后带动发电机转动转化为电能，电能属于______ (选填“一次”或“二次”)能源。
【答案】裂变 内 二次
【解析】解：核电站通过核反应堆中的核裂变来释放出核能，再通过热交换器加热水，使水变为高温高压的蒸汽，将核能转化为水蒸气的内能，再通过汽轮机转化为机械能，最后带动发电机转动转化为电能，电能不能够从自然界直接获取，属于二次能源。
故答案为：裂变；内；二次。
核电站的核心是核反应堆，核燃料在裂变过程中释放出核能，再通过热交换器变为高温高压的蒸汽，将核能转化为水蒸气的内能，然后利用蒸汽去驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机的旋转带动发电机发电。根据电能能否直接从自然界获得进行能源类别的判定。
本题考查了核能的应用和能源的分类，属于基础内容，难度不大。
26.太阳内部发生剧烈的__________(填“核裂变”或“核聚变”)反应，从而辐射出巨大的光和热；太阳风暴发生时，干扰__________(填“声波”或“电磁波”)而给卫星中继通信和地面通信带来很大影响。
【答案】核聚变 电磁波
【解析】解：太阳内部发生剧烈的核聚变反应，从而辐射出巨大的光和热；太阳风暴发生时，发出不规则的电磁波，干扰卫星中继通信和地面通信所用的电磁波。
故答案为：核聚变；电磁波。
(1)获得核能的两种途径：核裂变和核聚变；
(2)电磁波能够传递信息。
本题考查了电磁波的应用和核能；核能利用分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中。
27.原子弹和核电站都是利用链式反应，两者的本质区别是：原子弹爆炸时发生的链式反应是__________，核反应堆中发生的链式反应是__________.(选填“不加控制的”或“可以控制的”)
【答案】不加控制的；可以控制的
【解析】【分析】
本题考查了原子弹的原理和核电站的原理的区别：是否人工控制链式反应的速度。
如果原子核的链式反应在可控制的核反应堆中进行，就可和平利用核能发电，若不加控制，就会发生原子弹爆炸。
【解答】
原子弹是核裂变不加控制，在极短的时间内释放出巨大的能量的武器，而用人工控制链式反应的速度和平利用核能，是核电站的原理，是可以控制的。
故答案为：不加控制的；可以控制的。