你知道世界上最小的電動機有多大嗎?說出來也許你不會相信,它的直徑只有500納米左右,比頭發(fā)絲還要細300倍.

這種分子電動機是美國加利福尼亞大學伯克利分校的科學家設計的.這所學校的亞歷克斯·蔡特勒等研究人員在英國《自然》雜志上報告說,電動機的旋轉葉片是一片金葉,其長度為300納米,葉片安裝在一根由多層碳納米管做成的轉軸上,如下圖所示.多層碳納米管由多根口徑不同的空心圓管套在一起,兩端裝有二氧化硅制的電極,將它固定在一塊硅片上,碳納米管的周圍還安置了另外3個電極.在碳納米管與其中一個電極之間施加電壓,就能使它帶動金葉片轉動.如果電壓更大,碳納米管最外面一層管子就會與內層脫離,使金葉片旋轉得更靈活.恒定的電壓能使葉片保持在固定的位置,以一定的速度旋轉.此前也有科學家研制出多種微小的分子電動機,但有的尺寸比較大,有的需要激光或磁驅動,操作不如它靈活方便.自然分子做成的電動機能在細胞水平面上進行類似的運動,但只有在特殊條件下才可能.與之相比,這種納米電動機容易驅動、運動靈活,對溫度和化學條件要求寬松,甚至在真空里也能運作,因此有著很大的應用潛力.

(1)

納米是長度的單位,已知1納米=10-9米,則美國科學家研制的納米電動機的直徑約為500納米,合________米.

(2)

世界最小的電動機的葉片長度約為300納米,安裝在一根由多層碳納米管做成的轉軸上.在碳納米管與一個電極之間施加電壓,就能使它帶動葉片轉動.在這個過程中,消耗了________能,獲得了________能.

(3)

對于一般的電動機來說,要想加快轉子的轉速,你認為下面方法中能達到預定效果的是

[  ]

A.

增大磁場的強度

B.

減小通過線圈的電流

C.

改變線圈中電流的方向

D.

將兩個磁極位置對調

(4)

通過閱讀短文,請你說出這種納米電動機與其他的微型電動機相比,具有什么優(yōu)點.

答案:3.A;
解析:

(1)

  答案:5×10-7

  講析:500納米=500×10-9米=5×10-7米.

(2)

  答案:電 機械

  講析:在納米電動機兩端施加電壓后,葉片轉動,因此在這個過程中,電能被轉化為葉片的機械能.

(3)

通過線圈的電流越大,磁場越強,電動機的轉子轉動得越快,故選項A正確,選項B錯誤;改變線圈中的電流方向或將磁極對調,只能改變轉子的轉動方向,并不能改變其轉速,故選項C、D錯誤.

(4)

  答案:這種納米電動機具有容易驅動、運動靈活,對溫度和化學條件要求寬松,甚至在真空里也能運作等優(yōu)點.

  講析:通過閱讀短文的最后一句,即可找出答案.

  點評:關注社會熱點、關注科技發(fā)展也是新課標的教學理念.納米電動機是一種新型的電動機,是高科技的結果,有著很大的應用潛力.


練習冊系列答案
相關習題

科目:初中物理 來源:素質教育新學案·物理·九年級·全一冊 題型:064

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雨、雪、垃圾能發(fā)電

  科學家們發(fā)現(xiàn),大自然中蘊藏著巨大的能量,可以通過多種手段,從21世紀初期開始,有一定規(guī)模地向雨雪垃圾索電,是完全可以實現(xiàn)的.

  利用積雪發(fā)電:大家知道,積雪的溫度是0℃以下,因此雪中蘊藏著巨大的冷能.科學家提出利用積雪發(fā)電的大膽設想.它的工作原理是,將蒸發(fā)器放在地面上,將凝縮器放在高山上,再用兩根管子將它們連接在一起,然后抽出管內空氣,用地下熱水使低沸點的氟里昂(即現(xiàn)代電冰箱所用的制冷物質)汽化,并以雪冷卻凝縮器,由于氟里昂的沸點很低,加上管內被抽空,所以它就沸騰起來,變成氣體快速向管子的上端跑去,沖擊汽輪機旋轉,從而帶動發(fā)電機發(fā)電.試驗證明,1 t雪可把2~4 t氟里昂送上蓄液器.可見雪的發(fā)電本領是十分驚人的.

  雪的資源極其豐富,地球上34%的國家屬多雪地區(qū).我國東北和新疆北部是全國下雪天數(shù)最多的地區(qū),每年平均在40天以上,積雪日數(shù)在90天以上.積雪發(fā)電的問世,將使茫茫雪原變成人類的又一理想的未來發(fā)電能源.

  利用下雨發(fā)電:目前,科學家們研究雨能的利用已獲得成功,它是利用一種葉片交錯排列,并能自動關閉的輪子,輪子的葉片可以接受來自任何方向的雨滴,并能自動開關,使輪子一側受力大,另一側受力小,從而在雨滴沖擊和慣性的作用下高速旋轉,驅動電機發(fā)電.雨能電站可以彌補地面太陽能電站的不足,使人類巧妙而完美地應用太陽能、風能、雨能.

  我國南方雨能資源豐富,特別是華東、華南、中南和西南各省的雨水充足,一年四季冰雪期很少,雨季的降雨量一般都比較多,陰雨天利用雨能發(fā)電,陽天利用太陽能發(fā)電,這樣無論晴天或陰雨天,人們都可以享受到大自然的恩賜,享受到電能帶來的光和熱.

  微生物電池:在探索微生物能源工作中,一些國家正在從事著微生物電池的研究.什么是微生物電池呢?它是一種用微生物的代謝產物,做電極活性物質,從而獲取電能.從研究的進展看,作為微生物電池的活性物質,只限于甲酸、氫、氨等.我們用一種叫產氣單抱菌的細菌,處理100摩爾椰子汁,使其生成甲酸,然后把以此做電解液的3個電池串連在一起,生成的電能可使半導體收音機連續(xù)播放50多個小時.當然,這只是試驗,但它表現(xiàn)出的事實是令人神往的.

  21世紀是人類飛向宇宙的時代,在宇宙飛船這樣的封閉系統(tǒng)中,排泄物的處理確實是個必須解決的問題.美國宇宙航行局設計了一種一舉兩得的解決方案:用一種芽孢桿菌處理尿,使尿酸分解而生成尿素,在尿素酶的作用下分解尿素產生氨.氨用做電極活性物質,在鉑電極上產生電極反應,組成了邀翔太空的理想微生物電池.在宇航條件下,每人每天如果排出22克尿,就能夠獲得47瓦時的電力.

  氫燃料電池,成為微生物能源的又一種電能形式.利用一種產生氫氣能力強的細菌,在容積為10升的發(fā)酵裝置中,每小時所產生的近20升氫氣,足以維持3.1~3.5伏燃料電池的工作.科學日新月異的21世紀,有機廢水的處理也與微生物電池發(fā)生了密切關系.在利用微生物處理有機廢水時,在使廢水無害化的同時,可以把微生物的代謝產物做微生物電池的活性物質,從而獲得電能,從這個角度上,微生物做為同時解決公害和能源問題的一種手段,已引起人們的廣泛注意.盡管微生物電池的研制尚處在萌芽狀態(tài),使用也還只限于一定范圍,但是到21世紀的某一天,微生物電池就能夠帶動著馬達飛轉,為人類創(chuàng)造更多的物質財富.

  向污泥要能源:城市下水道污泥中富含有機物質,其中蘊藏著可觀的能量.不少國家已開始利用厭氧細菌將下水道污泥“消化”,然后收集其中產生的沼氣作為熱源,并將下水道污泥制成固體燃料.

  關于下水道污泥作為固體燃料的開發(fā)與實用化研究方面,歐洲國家居領先地位.日本東京都能源局利用下水道污泥作為燃料發(fā)電的試驗也已獲成功.日本能源科學家還將下水道污泥利用多級蒸發(fā)法制成固狀物,所得燃料的發(fā)熱量為16 000~18 000 kJ/kg,與煤差不多.

  德國的一家化學公司將工廠下水道排放的廢水(其中含10%的普通生活污水)進行處理,所得活性污泥作為燃料,他們在下水道污水中加入有機凝集劑,再用電力脫水機脫去部分水分,加入一定比例的粉煤,最后利用壓濾機榨干水分,用這種方法制成的燃料發(fā)熱量大約是9 200~1 000 kJ/kg,并且將其干燥、粉碎后并不影響其燃燒性能.

  從下水道污泥中挖掘潛在能源,不僅開辟了能源新途徑,還可以根本上解決城市下水道污泥污染問題.對改善城市地下水水質有著至關重要的作用.環(huán)境科學家有必要重新估計下水道污泥的作用和利用價值,進一步研究下水道污水處理以及下水道水系的設計.

  目前,世界上許多國家正在研究,能否建立一個從污水處理到能源、環(huán)保方面的綜合管理體系,以便一勞永逸地解決下水道污水的去向問題.

摘自《能源趣覽》

閱讀完以上文章后回答:

(1)文中介紹了哪幾種新的能源利用方式?分別是什么?

(2)利用積雪和下雨發(fā)電的工作原理分別是什么?

(3)結合你在日常生活中對能源的利用,談談你對節(jié)約能源的看法.

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