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1 浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究
实验背景
纳米涂层因其独特的物理和化学性质,在电磁波吸收领域具有潜在的应用价值。在民用上,纳米吸波材料主要应用于人体防护,如今的家用电器普遍存在电磁辐射的问题,通过合理使用纳米吸波材料可以减少一些电磁波对人体的辐射。在军事上,纳米吸波材料主要应用在雷达隐身技术上,在飞机、导弹、坦克、舰艇等各种武器装备和军事设施上面涂复合吸收材料,就可以吸收侦察的雷达电波,从而突破敌方雷达的防区,这是反雷达侦察的一种有力手段。
实验目的
本实验通过用涂有墨的盐水瓶探究纳米涂层吸收电磁辐射的作用,帮助我们深入了解纳米吸波材料在实际中的应用,也为未来的改进方向提供理论论证。
方案制订与实施
1.实验器材:墨、砚台、胶水、两个相同的盐水瓶、两支温度计、一个大功率白炽灯。
2.实验步骤
①用墨在砚台上研磨出浓墨汁,加入适量胶水,选甲、乙两个相同的盐水瓶,甲瓶用墨汁涂满外壁;
②待涂抹的墨汁干后,将温度计通过瓶塞分别置于两个空盐水瓶中,放在大功率白炽灯前;
③过一段时间,读出两瓶中温度计的示数,分别记作$T_甲$和$T_乙$。
3.注意事项:注意用电安全、防止烫伤,注意个人卫生。
交流分享
(1)实验中通过
(2)若涂有墨的盐水瓶(纳米涂层)能很好地吸收电磁辐射,则$T_甲$
(3)若纳米涂层能很好地吸收电磁辐射,请说出该材料可能的一项应用:
实验背景
纳米涂层因其独特的物理和化学性质,在电磁波吸收领域具有潜在的应用价值。在民用上,纳米吸波材料主要应用于人体防护,如今的家用电器普遍存在电磁辐射的问题,通过合理使用纳米吸波材料可以减少一些电磁波对人体的辐射。在军事上,纳米吸波材料主要应用在雷达隐身技术上,在飞机、导弹、坦克、舰艇等各种武器装备和军事设施上面涂复合吸收材料,就可以吸收侦察的雷达电波,从而突破敌方雷达的防区,这是反雷达侦察的一种有力手段。
实验目的
本实验通过用涂有墨的盐水瓶探究纳米涂层吸收电磁辐射的作用,帮助我们深入了解纳米吸波材料在实际中的应用,也为未来的改进方向提供理论论证。
方案制订与实施
1.实验器材:墨、砚台、胶水、两个相同的盐水瓶、两支温度计、一个大功率白炽灯。
2.实验步骤
①用墨在砚台上研磨出浓墨汁,加入适量胶水,选甲、乙两个相同的盐水瓶,甲瓶用墨汁涂满外壁;
②待涂抹的墨汁干后,将温度计通过瓶塞分别置于两个空盐水瓶中,放在大功率白炽灯前;
③过一段时间,读出两瓶中温度计的示数,分别记作$T_甲$和$T_乙$。
3.注意事项:注意用电安全、防止烫伤,注意个人卫生。
交流分享
(1)实验中通过
温度计示数的高低
反映对电磁波的吸收效果,该物理方法为转换
法。(2)若涂有墨的盐水瓶(纳米涂层)能很好地吸收电磁辐射,则$T_甲$
＞
(填“＞”“＜”或“=”)$T_乙$。(3)若纳米涂层能很好地吸收电磁辐射,请说出该材料可能的一项应用:
隐形飞机(合理即可)
。答案
(1)温度计示数的高低 转换 (2)＞ (3)隐形飞机(合理即可) 【解析】(1)实验中通过两个空盐水瓶中温度计示数的高低来反映对电磁波的吸收效果,采用了转换法,将不容易测量的物理量转换为容易观察、测量的物理量。(2)若涂有墨的盐水瓶能很好地吸收电磁辐射,在大功率白炽灯下会升温更快,则$T_甲＞T_乙$。(3)言之有理即可。
解析
【分析】
本题为电磁波吸收的实验探究题，解题时需明确实验的设计逻辑：对于无法直接测量的物理量（电磁波吸收效果），采用转换法将其转化为易观察的温度计示数变化；结合实验目的，涂墨的盐水瓶吸收电磁辐射后温度会升高，据此判断温度大小；最后结合实验背景列举材料的应用。
【解析】
(1) 实验中，电磁波的吸收效果无法直接观测，因此通过两个盐水瓶中温度计示数的高低来间接反映吸收效果，这种将不易观测的物理量转换为易观测的物理量的方法为转换法。
(2) 若涂墨的盐水瓶能很好吸收电磁辐射，在大功率白炽灯照射下，甲瓶吸收更多电磁辐射，瓶内温度升高更快，因此$T_甲＞T_乙$。
(3) 根据实验背景，纳米吸波材料可应用于军事领域的隐形飞机，也可用于民用的电磁辐射防护等，合理即可。
【答案】
(1)温度计示数的高低 转换 (2)＞ (3)隐形飞机(合理即可)
【知识点】
转换法、电磁波的应用
【点评】
本题围绕实验探究考查物理方法和电磁波的实际应用，注重对实验思想的理解，难度适中，属于基础实验类题目。
【难度系数】
0.6
本题为电磁波吸收的实验探究题，解题时需明确实验的设计逻辑：对于无法直接测量的物理量（电磁波吸收效果），采用转换法将其转化为易观察的温度计示数变化；结合实验目的，涂墨的盐水瓶吸收电磁辐射后温度会升高，据此判断温度大小；最后结合实验背景列举材料的应用。
【解析】
(1) 实验中，电磁波的吸收效果无法直接观测，因此通过两个盐水瓶中温度计示数的高低来间接反映吸收效果，这种将不易观测的物理量转换为易观测的物理量的方法为转换法。
(2) 若涂墨的盐水瓶能很好吸收电磁辐射，在大功率白炽灯照射下，甲瓶吸收更多电磁辐射，瓶内温度升高更快，因此$T_甲＞T_乙$。
(3) 根据实验背景，纳米吸波材料可应用于军事领域的隐形飞机，也可用于民用的电磁辐射防护等，合理即可。
【答案】
(1)温度计示数的高低 转换 (2)＞ (3)隐形飞机(合理即可)
【知识点】
转换法、电磁波的应用
【点评】
本题围绕实验探究考查物理方法和电磁波的实际应用，注重对实验思想的理解，难度适中，属于基础实验类题目。
【难度系数】
0.6
2 探究二极管的单向导电性
探究背景
晶体二极管是一种重要的半导体电学元件。制造材料有锗、硅及化合物半导体。可用来产生、控制、接收、变换、放大电路信号,是电子电路中的重要元件,在电路中用符号表示。
方案制订与实施
1. 实验器材:一个晶体二极管、电池、小灯泡、开关和导线。
2. 实验步骤
①按照图甲所示电路图连接电路,闭合开关,接通电路,观察小灯泡是否发光;
②按照图乙所示电路图连接电路,闭合开关,接通电路,观察小灯泡是否发光。
探究背景
晶体二极管是一种重要的半导体电学元件。制造材料有锗、硅及化合物半导体。可用来产生、控制、接收、变换、放大电路信号,是电子电路中的重要元件,在电路中用符号表示。
方案制订与实施
1. 实验器材:一个晶体二极管、电池、小灯泡、开关和导线。
2. 实验步骤
①按照图甲所示电路图连接电路,闭合开关,接通电路,观察小灯泡是否发光;
②按照图乙所示电路图连接电路,闭合开关,接通电路,观察小灯泡是否发光。
答案
解：
晶体发光二极管在电路中的符号为：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成。
实验现象：
① 图甲电路闭合开关后，小灯泡发光；
② 图乙电路闭合开关后，小灯泡不发光。
实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
晶体发光二极管在电路中的符号为：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成。
实验现象：
① 图甲电路闭合开关后，小灯泡发光；
② 图乙电路闭合开关后，小灯泡不发光。
实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
解析
【分析】
本题探究晶体二极管的单向导电性，首先需明确二极管的电路符号，再通过对比甲、乙两图中二极管正负极与电源的连接方式，结合二极管“正向导通、反向截止”的特性，观察小灯泡的发光情况来验证其单向导电性。
【解析】
1. 晶体发光二极管在电路中的符号：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成。
2. 实验现象分析：
① 图甲中，二极管的正极连接电源正极，负极连接电源负极，电流从二极管正极流入、负极流出，电路导通，因此闭合开关后小灯泡发光；
② 图乙中，二极管的正极连接电源负极，负极连接电源正极，电流反向，二极管处于截止状态，电路不通，因此闭合开关后小灯泡不发光。
3. 实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
【答案】
晶体发光二极管在电路中的符号为：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成；实验现象：①图甲电路闭合开关后，小灯泡发光；②图乙电路闭合开关后，小灯泡不发光；实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
【知识点】
二极管符号、二极管单向导电性
【点评】
本题通过对比实验直观探究二极管的单向导电性，实验设计简单，能帮助学生理解半导体元件的基本电学特性，是电学基础探究实验。
【难度系数】
0.5
本题探究晶体二极管的单向导电性，首先需明确二极管的电路符号，再通过对比甲、乙两图中二极管正负极与电源的连接方式，结合二极管“正向导通、反向截止”的特性，观察小灯泡的发光情况来验证其单向导电性。
【解析】
1. 晶体发光二极管在电路中的符号：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成。
2. 实验现象分析：
① 图甲中，二极管的正极连接电源正极，负极连接电源负极，电流从二极管正极流入、负极流出，电路导通，因此闭合开关后小灯泡发光；
② 图乙中，二极管的正极连接电源负极，负极连接电源正极，电流反向，二极管处于截止状态，电路不通，因此闭合开关后小灯泡不发光。
3. 实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
【答案】
晶体发光二极管在电路中的符号为：由指向右侧的三角形、三角形右侧的垂直短竖线，以及两个从元件符号指向外侧的斜向箭头组成；实验现象：①图甲电路闭合开关后，小灯泡发光；②图乙电路闭合开关后，小灯泡不发光；实验结论：晶体二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入、负极流出，无法反向导通。
【知识点】
二极管符号、二极管单向导电性
【点评】
本题通过对比实验直观探究二极管的单向导电性，实验设计简单，能帮助学生理解半导体元件的基本电学特性，是电学基础探究实验。
【难度系数】
0.5
