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超导材料

1911年,荷兰科学家昂内斯(Onnes)用液氦冷却水银时发现,当温度下降到4.2K(-268.98℃时)时,水银的电阻完全消失。1913年昂内斯在诺贝尔领奖演说中指出:低温下金属电阻的消失“不是逐渐的,而是突然的”,水银在4.2K进入了一种新状态,由于它的特殊导电性能,可以称为超导态。后来他发现许多金属和合金都具有与上述水银相类似的低温下失去电阻的特性,这种现象称为超导电性,达到超导时的温度称为临界温度,具有超导电性的材料称为超导材料或超导体。

1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,外加磁场也无法进入超导体内,形象地来说,就是磁感线将从超导体中被排出,不能通过超导体,这种抗磁性现象称为“迈斯纳效应”。

根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的“高温”只是相对的,其实仍然远低于冰点0℃,对常温来说应是极低的温度。20世纪80年代是超导电性探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体,1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡(Ba)、镧(La)、铜(Cu)、氧(O)的陶瓷性金属氧化物,其临界温度提高到了35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质,因此这个发现的意义非常重大,缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。后来包括中国在内的世界上部分国家又陆续发现临界温度100K以上的高温超导材料。

高温超导材料的用途非常广阔,由于其具有零电阻和抗磁性,用途大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

请回答下列问题:

(1)许多金属和合金具有在低温下会失去电阻的特性,这种现象称为超导电性,达到超导时的温度称为 温度。

(2)超导体 (选填“可以”或“不可以”)用来制作电炉子的炉丝。

(3)如图所示,在甲、乙两图中能表示“迈斯纳效应”的是 图。

(4)高温超导材料的超导电性可以应用于

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A.小车在斜面上下滑的过程中,小车的动能转化为重力势能

B.小车在斜面上下滑的过程中,小车的机械能增大

C.木块对木板的压力和木板对木块的支持力是一对平衡力

D.若木板的表面光滑且足够长,则被撞击后的木块所获得的动能将保持不变

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关于物态变化,正确的是( )

A. 冬天的早晨经常口中呼出“白气”,这是液化现象,要放出热量

B. 夏天用干冰给运输中的食品降温,这是应用干冰熔化吸热

C. 秋天的早晨花草上出现的小露珠,这是液化现象,要吸收热量

D. 春天的早晨会出现雾,这是汽化现象,要吸收热量

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小强利用如图所示装置,探究“物体处于平衡状态时,支持力与拉力的关系”。他记录的实验数据如下表所示。请你根据表中数据归纳出台秤的示数FN随弹簧测力计的示数FT的关系:FN=________。

FT/N

1.2

2.4

3.6

4.8

5.2

6.4

FN/N

6.8

5.6

4.4

3.2

2.8

1.6

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(1)请你根据实验目的在虚线框中画出实验电路图。

(2)小军已连接的实物电路如图甲所示,请你将他未完成部分用笔画线补充完整。

(3)电路连接正确后,闭合开关S,小军发现电压表有示数,但电流表无示数。由现象可判断电路中出现的故障是________。

A.变阻器短路 B.电流表断路

C.小灯泡L短路 D.小灯泡L断路

(4)排除故障后,当电压表示数为2.5V时,电流表的示数如图乙所示,此时小灯泡L的电阻为_______Ω。

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