納米發(fā)電機問世閱讀題及答案

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納米發(fā)電機問世閱讀題及答案

　　試題內(nèi)容：

納米發(fā)電機問世閱讀題及答案

　　閱讀下面的材料，完成1~8題。

　　材料一

　　華裔物理學(xué)家王中林和其博士生宋金會成功地在納米（十億分之一米）尺度下將機械能轉(zhuǎn)換成電能，在世界上首次研制成功納米發(fā)電機。這一最新成果開啟了納米科學(xué)和技術(shù)的新篇章。

　　近十年來，納米科學(xué)界對納米材料合成和應(yīng)用的研究方興未艾。尺寸微小、功耗低、反應(yīng)靈敏的納米器件和納米機器人，一直是納米學(xué)術(shù)界的前沿，因為它們可以完成微觀醫(yī)療以及遙感等普通人力難以啟及的使命。但對于全球眾多的研究者而言，最大的問題是：不管納米器械做到多小，仍然不得不依賴龐大的外接電源。如果真正讓這些微小器件工作起來，保持納米系統(tǒng)微小而且體內(nèi)可植入等特性，小型化的供電系統(tǒng)必不可少。只有實現(xiàn)了自帶電源的納米器件才可視為真正的納米系統(tǒng)，也才能在多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　王中林和宋金會巧妙地利用豎直結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線的獨特性質(zhì)，在原子力顯微鏡的幫助下，研制出將機械能轉(zhuǎn)化為電能的世界上最小的發(fā)電裝置---納米發(fā)電機。他們充分利用了氧化鋅納米線的半導(dǎo)體性能和壓電效應(yīng): 通過外界環(huán)境震動，無論是超聲波，還是人的行走、潮汐的運動，甚至心臟跳動(如果被植入人體內(nèi)部的話)，使得納米線因機械運動所產(chǎn)生的動能傳導(dǎo)，而產(chǎn)生微小的共振、擺動、變形，從而在表面積累起電荷，再由納米線所附著的電極板輸出電流，從而完美地實現(xiàn)納米尺度的發(fā)電功能。據(jù)測算，當(dāng)時這一納米發(fā)電機竟然能達(dá)到17％~30％的發(fā)電效率，為自發(fā)電的納米器件奠定了物理基礎(chǔ)。

　　王中林教授早在七年前就敏銳地認(rèn)識到氧化鋅具有獨特的半導(dǎo)體、光學(xué)和生物特性等其他納米材料不可替代的作用。他帶領(lǐng)科研小組，一直致力于以氧化鋅為基礎(chǔ)的納米材料的合成和應(yīng)用的研究，并且取得了令人矚目的成果。2001年，他們首次合成氧化鋅半導(dǎo)體納米帶，這一重大科研成果震動了整個納米學(xué)界。

　　王中林團隊的科研成果表明，納米發(fā)電機的發(fā)明勢必是納米科技界的重大科研里程碑，其應(yīng)用前景不可估量。

　�。ㄈ〔挠凇都{米發(fā)電機問世》）

　　1.下列對“材料一”中加點字詞的解說，正確的一項是（2分）

　　A.方興未艾：艾，讀作“yì”，為“停止”之意。

　　B.“難以啟及”“潮汐”“附著”三詞書寫都正確。

　　C.電荷：“荷”字與“荷槍實彈”中的“荷”同音。

　　D.震動：意為“使人心不平靜”，可與“振動”替換。

　　2. 根據(jù)“材料一”，下列對“納米發(fā)電機”的解說，正確的一項是（3分）

　　A. 首次實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。

　　B. 具有功耗低、反應(yīng)靈敏等特點。

　　C. 能為納米器械工作提供電源保障。

　　D. 在科技發(fā)展史中具有里程碑意義。

　　3.根據(jù)“材料一”，下列各項中，不屬于納米發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電所需條件的一項是（3分）

　　A.機械運動 B.氧化鋅納米線

　　C.原子力顯微鏡 D.電極板

　　材料二

　　摩擦運動產(chǎn)生的微小能量收集起來能不能發(fā)電?王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授發(fā)現(xiàn)表面上修飾著納米結(jié)構(gòu)的塑料薄膜，互相摩擦就有靜電產(chǎn)生，而且這種方式產(chǎn)生的電壓電流是過去用壓電產(chǎn)生的幾十倍�；谶@樣的發(fā)現(xiàn)，王中林團隊研制出了摩擦納米發(fā)電機，并在2014年將其輸出功率提高了五個數(shù)量級。

　　從2006年開始，王中林團隊先后發(fā)明了壓電式納米發(fā)電機、熱勢納米發(fā)電機、混合型納米發(fā)電機、摩擦納米發(fā)電機，用單根氧化鋅納米線實現(xiàn)了從機械能到電能的轉(zhuǎn)化。此外，美國另一科學(xué)家與中國科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)一種能從汽車車輪與地面的摩擦中收獲能量的納米發(fā)電機，將車輛的燃油效率提高10%。而中科院納米能源所2014年也成功研制出旋轉(zhuǎn)型摩擦納米發(fā)電機，首次實現(xiàn)了恒定電源的輸出。

　　納米發(fā)電機可以收集機械能，如人體運動、肌肉收縮等所產(chǎn)生的能量；還可收集震動能和流體能量，如聲波和超聲波產(chǎn)生的能量；體液流動、血液流動和動脈收縮產(chǎn)生的能量。然后將這些能量轉(zhuǎn)化為電能，提供給納米器件。

　　納米發(fā)電機在生物醫(yī)學(xué)、軍事、無線通信、無線傳感等方面具有廣泛的應(yīng)用性。例如：每個人的衣服、鞋子里放置這樣的電源，肢體運動時就可以將機械能轉(zhuǎn)化為電能，從而為身上攜帶的電子設(shè)備（包括MP3、手機等）提供能量。還可用來植入皮下，利用肌肉活動來供電，不需要更換電池，就可以檢測血脂、血糖和心臟活動。甚至可應(yīng)用到安保方面，將傳感器安裝到門把手上、地面上、屋子里，有人觸碰上就可產(chǎn)生信號，實現(xiàn)報警或啟動監(jiān)視狀態(tài)。

　　目前，納米發(fā)電機可以預(yù)想的主要有三大應(yīng)用領(lǐng)域：第一大領(lǐng)域是移動通訊、移動能源，也就是逐漸流行的可穿戴智能設(shè)備。第二個應(yīng)用是自驅(qū)動的傳感，包括健康監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測方面等等。第三大領(lǐng)域則較為長遠(yuǎn)，利用大能源發(fā)電。比如現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機，體積龐大，風(fēng)力太小帶動不起來。而利用納米發(fā)電技術(shù)，在一堵墻上做出蜂窩狀的小洞，只要有風(fēng)就可以發(fā)電，也就是說，納米發(fā)電機具有大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)化自然界中機械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

　　和傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機相比，納米發(fā)電機具有諸多優(yōu)勢。例如，摩擦發(fā)電機由薄膜高分子材料和薄膜電極材料制成，具有極輕的重量和極小的體積，特別適合于為小型電器提供電能；摩擦發(fā)電機的制作材料均為大規(guī)模工業(yè)化原料，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成型簡便，制作成本大大低于其他發(fā)電技術(shù)，為其廣泛應(yīng)用提供極為有利的條件。

　�。ㄈ〔挠凇犊墒占Σ涟l(fā)電的納米發(fā)電機》）

　　4.根據(jù)“材料二”，下面的理解和推斷，正確的一項是（3分）

　　A. 2011年，王中林團隊發(fā)明摩擦納米發(fā)電機，并將其輸出功率提高五個數(shù)量級。

　　B. 摩擦納米發(fā)電機可以收集摩擦運動中產(chǎn)生的能量，來提高車輛的燃油效率。

　　C. 納米發(fā)電機可收集機械能、震動能、流體能等一切能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能。

　　D. 納米發(fā)電機一旦裝上電池后，就可以根據(jù)需要隨時為手機等電子設(shè)備充電。

　　5.根據(jù)“材料二”，下列對“納米發(fā)電機應(yīng)用性”特點的概括，不正確的一項是（3分）

　　A.廣泛 B. 永久 C. 便捷 D. 綠色

　　6. 根據(jù)“材料二”，與傳統(tǒng)電磁發(fā)電機相比，不屬于納米發(fā)電機優(yōu)勢的一項是（2分）

　　A. 摩擦發(fā)電 B. 體積小、重量輕

　　C. 適合為電器提供電能 D. 制作成型簡便，成本低

　　材料三

　　如今，納米技術(shù)幾乎涉及到現(xiàn)有的一切基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，并已引起全球范圍內(nèi)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)等發(fā)生革命性變革，給人類社會帶來了巨大的變化。當(dāng)人們憧憬著納米技術(shù)將給生活帶來的美好前景時, 也應(yīng)該冷靜地考慮納米技術(shù)將對環(huán)境和人類社會產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。

　　負(fù)責(zé)任的發(fā)展納米技術(shù)，已經(jīng)成為國際上發(fā)展納米技術(shù)的重要理念。日本于1990年就開展了工程納米材料毒理方面的研究。美國自2000年提出納米技術(shù)開發(fā)計劃的同時，就提出考慮納米技術(shù)的負(fù)面影響。中國自2005年以來，國家自然科學(xué)基金委開始資助研究納米科技的安全性和生態(tài)效應(yīng)的項目。

　　研究表明，納米材料在其生產(chǎn)、運輸、使用、儲存的過程中不可避免地進(jìn)入到環(huán)境中，從而對生態(tài)和人體都可能造成影響。首先，納米粒子通過肺呼吸、皮膚滲透、腸道系統(tǒng)以及醫(yī)療過程中被有意的注入(或由植入體釋放)進(jìn)入人體，可能對肺部產(chǎn)生炎癥，可能會穿過血腦屏障向腦組織、血液或者其他組織遷移，并對機體組織造成一定程度的損傷。其次，人工納米材料由于其尺寸較小，具有極大的比表面積，因此人工納米材料進(jìn)入環(huán)境之后，還可能與環(huán)境中的污染物發(fā)生相互作用，對環(huán)境中的微生物、植物、動物等產(chǎn)生生態(tài)毒性效應(yīng)，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的失穩(wěn)，對環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。這方面的研究雖然剛剛開展，尚未形成完整的體系，但需引起足夠的重視。

　　除此之外，納米技術(shù)可能會完成許多超乎想象的工作，徹底地改變?nèi)藗兊纳�，也對社會倫理道德存在潛在的威脅。如果利用納米技術(shù)改變基因和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，那么人類就可以根據(jù)自己的想法和目標(biāo)去生育后代，從而改變傳統(tǒng)的生育方式和人類傳統(tǒng)的傳宗接代的方式，到時傳統(tǒng)的父母雙親的概念就不存在了。如果結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)等新技術(shù)，也許未來人類的壽命將得到不斷的延長。如果每個人都可長生不老，那么必將導(dǎo)致地球有限的空間人滿為患，而且再也沒有人去珍惜時光，追求生命的價值，這樣的社會也必將衰落。這對人類的倫理道德將是一個很大的挑戰(zhàn)。

　　（取材于《納米技術(shù)的潛在風(fēng)險研究進(jìn)展》）

　　7.根據(jù)“材料三”，下面的理解和推斷，正確的一項是（3分）

　　A. 納米技術(shù)可以觸及到基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，并給人類社會生活帶來巨大變化。

　　B. 研究納米科技的安全性和生態(tài)效應(yīng)表明了中國在發(fā)展納米技術(shù)時具有負(fù)責(zé)任的態(tài)度。

　　C. 納米材料進(jìn)入環(huán)境之后，就會與環(huán)境污染物發(fā)生相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生生態(tài)毒性效應(yīng)。

　　D. 如果利用納米技術(shù)改變?nèi)祟惢蚝图?xì)胞結(jié)構(gòu)，那么傳統(tǒng)的父母雙親的概念就會消失。

　　8.納米技術(shù)將會在哪些方面給人類社會帶來影響？請根據(jù)以上三則材料加以概括。（5分）

　　試題答案：

　　1.C。【解析】A項“艾”讀作“ài”；B項應(yīng)為“難以企及”；D項“震動”不能與“振動”替換。

　　2.C�！窘馕觥緼項原文為“首次”“相互轉(zhuǎn)換”表述錯誤；B項“具有功耗低、反應(yīng)靈敏等特點”的是納米器件而非納米發(fā)電機；D項應(yīng)為“在納米科技發(fā)展中具有里程碑意義”。

　　3. C�！窘馕觥俊霸恿︼@微鏡”是實驗所需條件，而非“納米發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電所需條件”。

　　4. B�！窘馕觥緼項“將其輸出功率提高五個數(shù)量級”是在2014年；C項可收集“一切能量”，表述錯誤；D項“納米發(fā)電機一旦裝上電池后”，表述錯誤。

　　5. B。【解析】文中沒有“永久”這一信息。

　　6. C�！窘馕觥课闹斜硎鰹椤斑m合為小型電器提供電能”。

　　7. B�！窘馕觥緼項“觸及到基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域”，表述絕對；C項原文為“人工納米材料進(jìn)入環(huán)境之后，還可能與環(huán)境中的污染物發(fā)生相互作用，對環(huán)境中的微生物、植物、動物等產(chǎn)生生態(tài)毒性效應(yīng)”。D項邏輯錯誤。原文中說，如果人類“可以根據(jù)自己的想法和目標(biāo)去生育后代，從而改變傳統(tǒng)的生育方式和人類傳統(tǒng)的傳宗接代的方式”，傳統(tǒng)的父母雙親的概念就會就消失。

　　8.【答案要點】

　�、匍_啟了納米科學(xué)和技術(shù)的新篇章。

　　②可以廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、軍事、無線通信、無線傳感等方面，給科研、生活等帶來便捷。

　�、劭赡軐ι鷳B(tài)和人體造成影響。

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　�、輰ι鐣䝼惱淼赖麓嬖跐撛诘耐{。

　　【評分標(biāo)準(zhǔn)】共5個要點，答及1點1分，2點2分，3點3分,4點5分。答滿4點即給滿分。意思對即可。

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