材料的力学性能与新材料
材料的力学性能,是指材料受力时的变形行为及其抵抗破坏的能力,通常包括弹性与塑性、脆性与韧性等。无论是何种材料,一般受力时都要发生形变。有的会发生弹性形变,有的会发生塑性形变。不同材料发生弹性形变、塑性形变的难易程度不同。有些材料当受力达到一定值时,会发生突然断裂,且无明显的塑性形变,这种性质叫做脆性。例如:轻轻一掰,饼干就会变成碎片。
随着科技的发展,人们发明了很多具有特殊性能的新材料。
复合材料是指由两种或两种以上不同物质组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金,非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、硬性优良等优点,已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域。
组成纳米材料的物质尺度在1纳米~100纳米之间,它的物理性质与大尺度时相比,会发生显著变化。纳米金属要比传统金属硬3~5倍,纳米陶瓷的强度、韧性和塑性比普通陶瓷要强很多,使陶瓷具有像金属那样的柔韧性和可加工性。
伴随复合材料、纳米材料等新型材料的发明与应用,人类将不断演进科技文明。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)纳米陶瓷的塑性比普通陶瓷要___________(选填:“强”或“弱”)。
(2)复合材料具有重量轻、强度高…等优点,其中“重量轻”的实质是________(选填:“重力”或“密度”)小。请你举出一种复合材料:_____________。
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自然界中的物质是由什么组成的呢?人类曾做过许多猜想,经历漫长的探究过程。
(1)我们现在知道原子是由核外电子和原子核组成,原子核内部是由带正电的______和不带电的______组成的,这两种粒子统称______;
(2)真理的得出经历了前辈的艰辛探索,道尔顿最早提出原子的概念,并认为原子是“不可再分的实心球体”,汤姆生认为原子是“嵌着葡萄干的面包”,这两个观点是______(填“正确”或“错误”)的;
(3)如图甲是卢瑟福用α粒子轰击原子而产生散射的实验,卢瑟福进行α粒子散射实验后,在分析实验结果的基础上,推翻了汤姆生提出的______模型,他提出了图乙所示的原子______模型。建立物理模型是物理研究中的一种重要方法,初二阶段,我们学习过的物理模型有______(举一例)。
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承载着中华名族“飞天梦”的“神舟十号”飞船顺利升空:
(1)“神舟十号”使用了我国自主研制的新型合金材料,这种材料具有密度_____(大/小)、硬度大等诸多优点。如图所示是利用火箭将“神舟十号”发生升空的情景,该过程中涉及的物理力学知识有_____(写出一点即可);
(2)王亚平是我国的优秀女宇航员,随“神舟十号”进入太空轨道后,王亚平的质量_____(变小/变大/不变)。重力_____(同上);
(3)“神舟十号”与“天宫一号”对接后,若宇航员在“天宫一号”太空舱中进行下列科学实验,其中不可以完成的是_____(选填序号)。
A.用弹簧测力计测物体重力 B.用温度计测量温度
C.用刻度尺测量物体的长度 D.用秒表测量时间
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经测定,某志愿者的刹车反应时间(即图中“反应过程”所用时间)是0.4s,在某次试验中,该志愿者驾车以72km/h的速度在实验场的水平路面上匀速行驶,从发现情况到汽车停止,行驶距离33m,则:
(1)经过多少米距离后汽车才开始减速?
(2)若志愿者边打电话边驾车,以72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶,在发现情况到汽车停止,行驶距离39m,此时志愿者的刹车反应时间是多少秒?
(3)根据(2)中的计算结果,请你给开车的人们提出一条忠告。
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利用一瓶矿泉水,我们可以探究很多物理问题:
(1)如图(a)所示,没有启封的矿泉水所装水的质量为_______g;
(2)给矿泉水换一种瓶盖可以便于携带,如图(b)所示,用食指捏一下瓶盖上方把手,出现一个缺口,可以将矿泉水挂起来,松手后会自动闭合,则被压弯的塑料把手具有_______势能.小明将矿泉水如图(c)A、B两种方式放置,用手推A的上部,瓶会跌倒,而推B的下部,瓶会移动,这表明力的作用效果跟力的_______有关.分别沿箭头方向吹A和B,发现B很容易被吹动,这说明在相同条件下,_____________.
(3)如图(d)所示,小明用力捏矿泉水瓶,瓶身变瘪了,这说明力能使物体发生_______.
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小明郊游时捡到一块外形不规则的石头。为了测定它的密度,小明称出石头和一个盛满水的容器的质量 分别为0.56kg、2kg,然后将石头轻轻放入容器中,又测出了容器的总质量为2.36kg。(石头吸水不计,g取10N/kg)求:
(1)石头的体积;
(2)石头的密度;
(3)若石头吸水,所测石头的密度是偏大还是偏小,为什么?
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风 洞
风洞即风洞实验室,是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备。
风洞种类繁多,如图甲所示的闭口直流式风洞,其主要组成部分为收缩段、试验段、扩散段和动力装置。动力装置包括直流电机和风扇。风扇转动后,将空气吸入风洞中,通过调节电机转速以获得不同的实验段速度。收缩段前装有整流栅,整流栅是做成方格状的,用来消除气流中的漩涡。气流通过收缩段后,流速增大,这样可使进入试验段的气流较为均匀。试验段截面是方形的,模型放在其中进行试验。扩散段的功能室使试验段后面的气流减速后再排入大气。
因为风洞的控制性佳,可重复性高,现今风洞广泛用于空气动力学工程测试,譬如结构物的风力荷载和振动、风力发电、防风设施的功效等。一些研究也指出风洞实验之结果与现在风场的观测的结果相近。
(1)用图甲所示的风洞做实验,实验模型应放置在______段,风机工作时,风速的方向向_____(填“左”或“右”)。
(2)风洞通过调节________获得不同的风速。实验时,模型以________为参照物,是运动的。
(3)将图乙所示的机翼模型固定在台式测力计上并放置于风洞中,无风时记录测力计的示数,风机工作时测力计的示数将随着风速的变化而变化,关于这一现象,以下说法正确的是(________)
A.有风时测力计的示数比无风时的大,机翼模型下方的空气流速比上方的大
B.有风时测力计的示数比无风时的大,机翼模型下方的空气流速比上方的小
C.有风时测力计的示数比无风时的小,机翼模型下方的空气流速比上方的大
D.有风时测力计的示数比无风时的小,机翼模型下方的空气流速比上方的小
(4)若图乙中的机翼模型在水平风的作用下获得竖直方向的力大小为F,实验得到F与风速的二次方v2的关系图像如图丙所示,当风速是原来的2倍时,力F是原来的(________)
A.2倍 B.4倍 C.0.5倍 D.0.25倍
(5)在其他条件不变时,试验段的横截面面积越小,试验段的风速越________。
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汽车抬头显示(如图甲)又叫汽车平视显示系统(Head Up Display),简称HUD。HUD是利用平面镜成像原理(如图乙),将显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃投射在正前方,驾驶员不必低头,就可以看到车辆信息,如车速、油耗、导航等,从而避免分散对前方道路的注意力。同时驾驶员不必在观察远方的道路和近处前仪表之间调节眼睛,可避免眼睛疲劳,确保驾驶舒适安全。
(1)挡风玻璃所成的仪表盘的像是光的________(选填“折射“或“反射”)形成的;
(2)HUD有一个技术难题,即挡风玻璃所成的像易产生重影,影响使用效果。重影产生的原因是挡风玻璃有一定的________(选填“厚度“或“透明度”);
(3)己知某车辆HUD显示器水平放置在中控台上,通过挡风玻璃成垂直于水平面的像,则挡风玻璃与水平面夹角为________;
(4)某驾驶员发现挡风玻璃所成的像过低,不便于观察,这时就需要将显示器沿水平方向________ (选填“远离”或“靠近”)挡风玻璃;
(5)为了使挡风玻璃所成的像离人眼距离达2m以上,甚至更远,以便避免观察数据时眼睛的疲劳,下列做法可行的是(______)。
A.将显示器的字体变大
B.将显示器安装在后挡风玻璃上
C.让显示器的信息通过多面平面镜多次成像
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为救治病人,急需将一种药品送到偏远的山村,这种药品要求在0℃以下存放,常用保温瓶不能满足需要。同学们经过讨论,为保障药品在0℃以下存放,设计了如图所示的冷藏盒。
(1)其中药品应放置于________(A/B)处,另一处空间放置低温物质。
(2)关于保温盒填充材料,你选择________(铝合金/发泡塑料/砂石)。
(3)关于放置在保温瓶内的低温物质的选择,小明认为只要放普通冰块即可,小华却认为应该放置由盐水凝固而成的冰块(简称“盐冰”)。你支持________的选择。
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以下是课本上的几个小实验,请根据要求填空∶
(1)如图a,比较水和酒精混合后总体积变化的实验中,在玻璃管中注入水和酒精后的操作是_________;为使实验现象更明显,应选用内径较______(粗/细)的长玻璃管;
(2)如图b,是一个简易验电器,当带电的塑料棒靠近轻质铝箔条的一端时,铝箔条会偏转,这是因为带电体具有________的本领;
(3)如图c,将塑料绳的一端扎紧,尽可能将其撕成更多的细丝,用干燥的手从上向捋几下,观察到如图所示的现象。这是因为塑料丝带了_________电荷(同种/异种),塑料丝带电的实质是_____________在物体间转移。
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