请阅读《超导体的发现》并回答题
1911年,荷兰科学家昂内斯研究低温下各种金属电阻变化时,首先在水银中发现了超导现象,他通过灵敏的电压表测量样品,发现水银的电阻在4.2K的温度左右陡然下降到零,灵敏的电压表没有示数就可以判定所测量的导体电阻为零吗?会不会存在一种可能是导体的电阻太小,测量工具精度不够而无法测出呢?这当然是可能的,这个问题也无法只通过升级更精密的测量工具来解决。
为了解决这个难题,昂内斯团队通过不懈努力,终于设计出了一套能够精确验证超导体电阻是否为零的装置:将一根磁针放置在装置中间,磁针静止时两极分别指向南北方向,在磁针的正西方不远处放置超导体制成的线圈,在磁针正东方相同距离放置一个和超导体线圈相同的铜线圈,如图所示。实验时,用永磁体在超导体线圈中感应出电流,将永磁体移出后,在铜线圈中通入相同的恒定电流,然后观察磁针是否发生偏转。
如果超导体电阻确实为零,则超导线圈中的电流不会随时间衰减,磁针两侧的线圈中的电流均不变,所产生的磁场也不会发生变化,因此磁针也不会发生偏转。昂内斯团队经过几个小时的观察,磁针指向确实完全没有任何变化。
通过这个巧妙的实验,昂内斯团队严格的证实了超导体的电阻确实为零。由于对低温物理所作出的突出贡献,卡末林·昂内斯被授予1913年的诺贝尔物理学奖。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)在实验中,能够使超导线圈中产生电流的原理是___________ (填写正确选项前的字母)
A.通电导体周围存在磁场 B.通电导体在磁场中 C.电磁感应
(2)物理实验中,常常将不易测量(或观察)的物理量(或现象)转换为其他物理量(或现象)进行观测。昂内斯团队的实验将“超导体电阻的变化情况”经过多次转换最终转换为“小磁针的偏转情况”。请将该转换过程中,所涉及到的相关变化关系补充完整:
①超导体的电阻变化→②___________ →③___________ →④小磁针的偏转情况。
(3)超导体具有很大的应用前景,请你列举一实例。( )
超导体的发现
导体虽然能够导电,但都具有一定的电阻,而有一类导体的电阻为零,我们称之为超导体。因为没有电阻,所以电流通过超导体不会产热,电能损失很小,具有很大的应用前景。1911年,荷兰科学家昂内斯研究低温下各种金属电阻变化时,首先在水银中发现了超导现象,他通过灵敏的电压表测量样品,发现水银的电阻在4.2K的温度左右陡然下降到零,灵敏的电压表没有示数就可以判定所测量的导体电阻为零吗?会不会存在一种可能是导体的电阻太小,测量工具精度不够而无法测出呢?这当然是可能的,这个问题也无法只通过升级更精密的测量工具来解决。
为了解决这个难题,昂内斯团队通过不懈努力,终于设计出了一套能够精确验证超导体电阻是否为零的装置:将一根磁针放置在装置中间,磁针静止时两极分别指向南北方向,在磁针的正西方不远处放置超导体制成的线圈,在磁针正东方相同距离放置一个和超导体线圈相同的铜线圈,如图所示。实验时,用永磁体在超导体线圈中感应出电流,将永磁体移出后,在铜线圈中通入相同的恒定电流,然后观察磁针是否发生偏转。
如果超导体电阻确实为零,则超导线圈中的电流不会随时间衰减,磁针两侧的线圈中的电流均不变,所产生的磁场也不会发生变化,因此磁针也不会发生偏转。昂内斯团队经过几个小时的观察,磁针指向确实完全没有任何变化。
通过这个巧妙的实验,昂内斯团队严格的证实了超导体的电阻确实为零。由于对低温物理所作出的突出贡献,卡末林·昂内斯被授予1913年的诺贝尔物理学奖。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)在实验中,能够使超导线圈中产生电流的原理是
A.通电导体周围存在磁场 B.通电导体在磁场中 C.电磁感应
(2)物理实验中,常常将不易测量(或观察)的物理量(或现象)转换为其他物理量(或现象)进行观测。昂内斯团队的实验将“超导体电阻的变化情况”经过多次转换最终转换为“小磁针的偏转情况”。请将该转换过程中,所涉及到的相关变化关系补充完整:
①超导体的电阻变化→②
(3)超导体具有很大的应用前景,请你列举一实例。
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更新时间:2022-05-24 12:51:28
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【推荐1】阅读下列材料,回答下列问题.
1911年 荷兰物理学家昂尼斯(1853﹣1926)发现,水银的电阻率(表示单位长度单位横截面积的某种材料类的电阻)并不象预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到4.15K附近时,水银的电阻突然降到零.某些金属、合金和化合物,在温度降到绝对零度附近某一特定温度时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象,能够发生超导现象的物质叫做超导体.
超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K,锌为0.75K,铝为1.196K,铅为7.193K.20世纪80年代初,米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性,他们的小组对一些材料进行了试验,于1986年在镧﹣钡﹣铜﹣氧化物中发现了Tc=35K的超导电性.1987年,中国、美国、日本等国科学家在钡﹣钇﹣铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料.2009年10月10日,美国科学家合成物质(Tl4Ba),将超导温度提高到254K,仅比冰的熔点低19℃,对于推广超导的实际应用具有极大的意义.
(1)通过本文的描述,“电阻率”是描述材料_____ (选填“导电性能”或“导热性能”)的物理量.
(2)超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的_____ ,通常用符号TC来表示.
(3)2009年10月10日,美国科学家合成的物质(Tl4Ba)若温度在_____ ℃以下,电阻率几乎为零.
1911年 荷兰物理学家昂尼斯(1853﹣1926)发现,水银的电阻率(表示单位长度单位横截面积的某种材料类的电阻)并不象预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到4.15K附近时,水银的电阻突然降到零.某些金属、合金和化合物,在温度降到绝对零度附近某一特定温度时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象,能够发生超导现象的物质叫做超导体.
超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K,锌为0.75K,铝为1.196K,铅为7.193K.20世纪80年代初,米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性,他们的小组对一些材料进行了试验,于1986年在镧﹣钡﹣铜﹣氧化物中发现了Tc=35K的超导电性.1987年,中国、美国、日本等国科学家在钡﹣钇﹣铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料.2009年10月10日,美国科学家合成物质(Tl4Ba),将超导温度提高到254K,仅比冰的熔点低19℃,对于推广超导的实际应用具有极大的意义.
(1)通过本文的描述,“电阻率”是描述材料
(2)超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的
(3)2009年10月10日,美国科学家合成的物质(Tl4Ba)若温度在
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【推荐2】20世纪初,科学家发现,某些物质在很低的温度时,如铝在271.76℃以下,铅在265.95℃以下,电阻就变成了零,这就是超导现象,用具有这种性能的材料可以做成超导材料。目前已经开发出一些“高温”超导材料,它们在100K(173℃)左右电阻就能降为零。
如果把超导现象应用于实际,会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。如果用超导材料来制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热问题,元件尺寸可以大大缩小,进一步实现电子设备的微型化。
(1)超导材料达到一定条件时,其电阻就能降到__________ Ω。在低于271.76℃的环境中的铝的内能__________ (选填“可能”或“不可能”)为零;
(2)导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体的__________ 、长度和横截面积有关。阅读上述材料可知,导体的电阻还受__________ 的影响。
如果把超导现象应用于实际,会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。如果用超导材料来制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热问题,元件尺寸可以大大缩小,进一步实现电子设备的微型化。
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【推荐3】阅读短文,回答问题
(1)这种新材料和铜一样有非常好的___________ 性;
(2)最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道,解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题,这是利用石墨烯的___________ ;
A.透光性好 B.硬度大 C.导热性好 D.导电性强
(3)科学家造出“石墨烯”的密度比空气的密度___________ (大/小);
(4)石墨烯是目前世上至今发现的最薄、最坚硬的纳米材料。针对这一发现同学们提出了以下几个问题,你认为最有价值且可探究的问题是___________ ;
A.石墨烯为什么很薄
B.如何提取石墨烯这种物质
C.石墨烯在生活中有什么用处
D.石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系
(5)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发,是因为_________ 。
石墨烯−−改变世界的神奇新材料
一片碳,看似普通,厚度为单个原子,却使两位科学家获得诺贝尔奖。这种全新材料名为“石墨烯”,密度仅为2.2×10−3kg/m3石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料,作为导电体,它有着和铜一样出色的导电性;作为热导体,它比目前任何其他材料的导热效果都好,而且它几乎是完全透明的。利用石墨烯,科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料。比如,石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管,因此有希望应用于全新超级计算机的研发;石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板,甚至太阳能电池。如果和其他材料混合,石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体,从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性,从柔性电子产品到智能服装,从超轻型飞机材料到防弹衣,甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此,其应用前景十分广阔。(1)这种新材料和铜一样有非常好的
(2)最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道,解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题,这是利用石墨烯的
A.透光性好 B.硬度大 C.导热性好 D.导电性强
(3)科学家造出“石墨烯”的密度比空气的密度
(4)石墨烯是目前世上至今发现的最薄、最坚硬的纳米材料。针对这一发现同学们提出了以下几个问题,你认为最有价值且可探究的问题是
A.石墨烯为什么很薄
B.如何提取石墨烯这种物质
C.石墨烯在生活中有什么用处
D.石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系
(5)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发,是因为
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【推荐1】阅读短文,回答问题。
清洁能源被认为是未来的趋势。一种发电装置名为“空气发电机”,可以直接利用空气中的水分发电,这项技术未来可能会对可再生能源、气候变化和医疗领域产生重大影响。如图所示,这种“空气发电机”主要由微生物地杆菌产生的导电蛋白纳米线形成了7微米的薄膜构成,薄膜的底部和顶部各有一个电极。当蛋白纳米线与电极相连后,就可以利用薄膜从空气中吸收水分,水分子被分解成氢离子和氧离子,导致电荷在薄膜顶部聚集,利用两个电极形成的电荷差让电子流动,从而产生电能。
此外,“空气发电机”在湿度为45%的空气中效果最好,但即便在极度干燥的地方,比如撒哈拉沙漠,一样能发电,这与太阳能和风能等可再生能源相比,“空气发电机”有着明显优势,它不需要风力和太阳,在室内也能运行。不过这种“空气发电机”产生的电量十分有限,单个设备只能产生约0.5V的持续电压,电流密度约为1.7×10⁻2mA/cm2,需要多个设备一起运行才能实现供电。
(1)“空气发电机”在湿度为___________ 的空气中发电效果最好;
(2)下列关于“空气发电机”的说法错误的有___________ ;
A.“空气发电机”主要由微生物地杆菌构成
B.“空气发电机”可以在室内运行
C.“空气发电机”工作时将水分子分解成氢离子和氧离子
D.“空气发电机”违背了能量守恒定律
(3)“空气发电机”与电磁感应发电机原理___________ (选填“相同”或“不相同”)。“空气发电机”在发电过程中,将 ___________ (选填“化学”或“机械”)能转化为电能;
(4)若让5个薄膜为4cm2的“空气发电机”同时工作,在1h内产生的电能为___________ J,能让标有“2.5V,0.75W”的小灯泡正常工作 ___________ s。
空气发电机
清洁能源被认为是未来的趋势。一种发电装置名为“空气发电机”,可以直接利用空气中的水分发电,这项技术未来可能会对可再生能源、气候变化和医疗领域产生重大影响。如图所示,这种“空气发电机”主要由微生物地杆菌产生的导电蛋白纳米线形成了7微米的薄膜构成,薄膜的底部和顶部各有一个电极。当蛋白纳米线与电极相连后,就可以利用薄膜从空气中吸收水分,水分子被分解成氢离子和氧离子,导致电荷在薄膜顶部聚集,利用两个电极形成的电荷差让电子流动,从而产生电能。
此外,“空气发电机”在湿度为45%的空气中效果最好,但即便在极度干燥的地方,比如撒哈拉沙漠,一样能发电,这与太阳能和风能等可再生能源相比,“空气发电机”有着明显优势,它不需要风力和太阳,在室内也能运行。不过这种“空气发电机”产生的电量十分有限,单个设备只能产生约0.5V的持续电压,电流密度约为1.7×10⁻2mA/cm2,需要多个设备一起运行才能实现供电。
(1)“空气发电机”在湿度为
(2)下列关于“空气发电机”的说法错误的有
A.“空气发电机”主要由微生物地杆菌构成
B.“空气发电机”可以在室内运行
C.“空气发电机”工作时将水分子分解成氢离子和氧离子
D.“空气发电机”违背了能量守恒定律
(3)“空气发电机”与电磁感应发电机原理
(4)若让5个薄膜为4cm2的“空气发电机”同时工作,在1h内产生的电能为
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【推荐2】阅读下列材料,回答问题。
材料一:如图甲,风电技术是利用风力带动风车叶片旋转,并通过增速机将转速提高,从而带动风机内的发电机发电,通过电缆输送到升压变压器提升电压后,再由高压输电线路输送给用户。
材料二:光伏发电的主要原理是利用半导体的光电效应。光电效应是指某些物质在高于特定频率的电磁波照射下,内部的电子逸出而形成电流。图乙为某光伏发电系统简化电路图,当太阳光照射太阳能电池板时可发电。发电后可向蓄电池充电,当夜晚来临时,蓄电池向用电器供电。(1)风机中的发电机是利用______ 原理进行发电的;
(2)光伏发电是指太阳能电池板将太阳能转化为______ 能,再通过蓄电池转化为化学能储存起来。图乙中,当开关闭合、断开时,电路中的电源是______ (选填“太阳能电池板”或“蓄电池”);
(3)小丽查阅资料得知,太阳能电池板的发电功率约每平方米200W。若她家装了一块的太阳能电池板,一天光照8h,其产生的电能为______ J。
材料一:如图甲,风电技术是利用风力带动风车叶片旋转,并通过增速机将转速提高,从而带动风机内的发电机发电,通过电缆输送到升压变压器提升电压后,再由高压输电线路输送给用户。
材料二:光伏发电的主要原理是利用半导体的光电效应。光电效应是指某些物质在高于特定频率的电磁波照射下,内部的电子逸出而形成电流。图乙为某光伏发电系统简化电路图,当太阳光照射太阳能电池板时可发电。发电后可向蓄电池充电,当夜晚来临时,蓄电池向用电器供电。(1)风机中的发电机是利用
(2)光伏发电是指太阳能电池板将太阳能转化为
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如图所示,风光互补路灯系统同时安装了风力发电机和太阳能电池板,有风时通过风力发电机发电,有阳光时通过太阳能电池板发电,并将电能储存至蓄电池中,供路灯照明使用.下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数,其中光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率.最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率。
(1)能源的种类繁多,人们从不同角度对能源进行分类.太阳能和风能都属于______ 。
A.二次能源 B.可再生能源 C.不可再生能源
(2)风力发电机是根据___________ 原理发电的.利用风力发电时,是将________ 能转化为________ 能。
(3)已知风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比,若风力发电机的输出功率为50 W,此时风速为________ m/s。
(4)当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率为1 000 W时,太阳能电池板的输出功率为_______ W。
(5)请你从能源利用和环境保护两个方面谈谈大力开发和推广使用太阳能的意义_________________
___________________________________________________________ 。
如图所示,风光互补路灯系统同时安装了风力发电机和太阳能电池板,有风时通过风力发电机发电,有阳光时通过太阳能电池板发电,并将电能储存至蓄电池中,供路灯照明使用.下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数,其中光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率.最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率。
风力发电机 | 太阳能电池板 | ||
最小启动风速 | 1.0m/s | 电池板的面积 | 0.5m2 |
最小充电风速 | 2.0m/s | 光电转化效率 | 16% |
最大限制风速 | 12.0m/s | ||
最大输出功率 | 400W |
A.二次能源 B.可再生能源 C.不可再生能源
(2)风力发电机是根据
(3)已知风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比,若风力发电机的输出功率为50 W,此时风速为
(4)当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率为1 000 W时,太阳能电池板的输出功率为
(5)请你从能源利用和环境保护两个方面谈谈大力开发和推广使用太阳能的意义
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