北京中考物理模拟科普阅读汇编：材料、能源、粒子与宇宙

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1、材料篇（16篇）1．（16西一）阅读以下材料，回答相关问题。纳米材料的小尺寸效应物质的尺度加工到1～100nm，它的物理性质或者化学性能与较大尺度时相比，会发生变化，这些物质组成的材料称为“纳米材料”。纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出“新奇”的现象。随着颗粒尺寸变小，在一定条件下会引起颗粒性质改变。由此引起的宏观物理性质的变化称为“小尺寸效应”。纳米材料小尺寸效应主要表现在如下方面： 1．特殊光学性质：所有金属在纳米状态时都呈现黑色。尺寸越小颜色愈黑，银白色的铂变成铂黑，金属铬变成铬黑。金属超微颗粒对光的反射

2、率很低，通常低于l％，约几微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效率光热、光电转换材料，以很高效率将太阳能转变为热能、电能。还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。2．特殊热学性质：通常晶体具有固定的熔点，当晶体达到纳米尺寸时却截然不同。例如：金的熔点为1064℃，而直径为10nm的金粉熔点降低到940℃，直径为5nm的金粉熔点降低到830℃。此特性可应用于粉末冶金工业。3．特殊电学、磁学性质：纳米材料的导电性有所改变。例如：铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电；通常绝缘的二氧化硅颗粒在20nm时却开始导电。此外，纳米材料呈现

3、出超顺磁性，科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中都存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。4．特殊力学性质：氟化钙纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿具有高强度，是因为它由磷酸钙等纳米材料构成。纳米金属要比传统金属硬3～5倍。金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好，制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。图34纳米材料小尺寸效应还表现在超导电性，介电性能、声学特性以及化学性能等方面。纳米技术目前已成功应用于许多领域，在工业、农业、能源、环保、医疗、国家

4、安全等都有广泛应用，图34是1993年中国科学院北京真空物理实验室自行操纵原子写出的“中国”二字，标志着我国开始在世界纳米领域占有一席之地。请回答下列问题：（1）铜颗粒达到纳米尺寸就可以变成。（选填：“导体”或“绝缘体”）（2）金属陶瓷复合纳米材料强度高且韧性好，请对此种材料提出一项可以应用于人体的设想：。（3）小东针对纳米材料的“特殊光学性质”，提出了一个问题：金属的颜色会变黑吗？请你判断这是不是一个可以探究的科学问题。答：。（4）请你针对纳米材料“特殊热学性质”，提出一个可以探究的科学问题：。2．（16顺二）阅读《碳纳

5、米管》，回答问题。碳纳米管小雨在中国科技馆内看到了对“碳纳米管”材料的介绍后（如图27所示），想更加详细的了解，于是就上网搜索。她了解到碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。如图28所示，它是由一些柱形的碳管同轴套构而成，直径大约在1到30nm之间，长度可达到1μm（1μm=103nm）。这种管完全由碳原子构成，并可看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管，相邻管子之间的距离约为0.34nm。碳纳米管的抗拉强度最大可达到2×1011Pa，

6、是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球便方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。碳纳米管可用于锂离子电池负极材料。碳纳米管的层间距为0.34nm，略大于石墨的层间距0.335nm，这有利于Li+的嵌入与迁出，它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两方面嵌入，又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离而造成负极

7、材料的损坏。碳纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的导电性，消除极化。实验表明，用碳纳米管作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌Li+容量和稳定性。碳纳米管对接触它的人的眼睛、皮肤会引起不适，可能会引起呼吸系统的疾病，对某些水生生物来说是有毒的。因此研究人员表示，在碳纳米管未来发展前景问题上，必须慎重和有准备地进行权衡。人们还没有充分了解其对环境和人类健康的影响，应防止它作为大规模生产材料进入环境中。图27图28请根据上述材料，回答下列问题：（1）两个Li+之间有相互（选填“吸引”或“排斥”）的作用。（

8、2）请写出碳纳米管的优点（写出一条即可）；请设想一种碳纳米管材料在未来生产生活中的应用。（3）小雨在对碳纳米管的资料进行整理后，提出了以下几个问题，你认为可探究的问题是（选填选项前的字母）。A．碳纳米管容易导电吗？B．碳纳米管为什么这么薄？C．碳纳米管在生活中有什么用处？D．碳纳米管的抗拉强度与它的直径