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材料科学
题目

阅读下面的材料,完成各题。材料一 北京冬奥组委文化活动部副部长王向豫表示,北京冬奥会火炬的设计需秉持绿色,可持续理念。采用氢作为燃料就是火炬“飞扬”的科技亮点之一,既能达到环保要求,也符合冬奥会火炬接力在低温环境进行的现实要求。“氢能是一种完全零排放的能源,燃烧时,它的燃烧产物只有水,没有二氧化碳。”中国航天科技集团高级工程师韩宗捷表示,但这个选择也带来了不少难题。首先,需要解决的是火焰的颜色问题,“氢气的火焰在日光下是不可见的,因此,我们研制了一种可以调节氢气火焰颜色的配方,让它在日光下具有可见的火焰颜色”。其次,火焰的稳定性也会遇到现实挑战,“特别是在冬奥会火炬的传递过程中,会出现很多高速运动场景,或者会遇到大风环境,所以经过研制,终于实现了在100公里每小时的大风状态下火炬的火焰能稳定燃烧这一设想”。此外,手持火炬的内部空间狭小,高压储氢也是遇到的现实问题,“我们研制了一款轻量化、小型化的氢气减压装置,对高压氢气进行了减压”。 火炬“飞扬”的另一大技术亮点,则是火炬外壳采用了重量轻、耐高温的碳纤维材料,火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主。碳纤维专家黄翔宇介绍,“轻、固、美”正是由碳纤维及其复合材料制成的外壳所呈现出的特点。“轻”,是指碳纤维复合材料与相同体积的铝合金相比轻了20%以上;“固”,是指这一材料具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦耐紫外线辐射等特点;“美”,则是指应用了达到国际先进水平的三维立体编织成型技术,将高性能纤维编织成目前这样具有复杂形状的优美造型。(摘编自梁璇《北京冬奥会火炬“飞扬”背后的故事》,《中国青年报》2021年21月19日)材料二 国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技技术”项目总负责人刘莉表示,针对冬奥会训练和比赛的复杂环境条件,基于“人体—服装—环境”系统,他们研发了适应中国运动员体型特征与生理特性的比赛服装,创新开发了适用于冬季项目训练与比赛的减阻、防护、舒适性强的高性能服装。 针对短道速滑、高山滑雪等竞速类项目比赛服的综合减阻问题,根据中国运动员体型、技战术特点,着重在“快”上设计,解决多参数耦合条件下冬季运动竞速类比赛服装跨尺度协同减阻问题。 在训练比赛过程中,服装设备还有“护”的性能。由于冬季运动项目速度高,环境复杂,运动员损伤风险较大。为攻坚这一课题,研究人员研发了新的比赛装备,如在高山滑雪训练防护服中,采用了新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料,有效保护了高山滑雪运动员穿越旗门时的抽打伤害。短道速滑比赛服则整体使用防切割面料,全面保护运动员的身体,同时考虑肌肉压缩服装减阻功能。另外,通过提升纤维保暖率和主动加热技术,把电能量转化为热能,以满足“暖”的普遍需求。 体验过比赛服的运动员纷纷表示,“目前的比赛服装设计调研更充分,剪裁上更能展示中国选手的体型,符合技战术特点,设计也更精致,并且蕴含着东方文化底蕴”。(摘编自华凌《“快护、暖、美”!揭秘冬奥备战服黑科技》,《科技日报》2021年3月3日)材料三 北京冬奥会在场馆设计和建设过程中始终秉持科技冬奥的理念,处处彰显中国智慧。 北京冬奥会新建的冰上竞赛场馆国家速滑馆,坐落于奥林匹克公园内,在冬日暖阳下显得格外亮丽。这座场馆由22条晶莹的“丝带”状曲面玻璃幕墙环绕,因此又被亲切地称为“冰丝带”。“冰丝带”的外墙由3360块曲面玻璃拼装而成,首次应用了20450 米国产高钒密闭索。“冰丝带”还首次应用了世界上先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术。该技术可使冰面温差控制在0.5摄氏度以内(按照国际滑联的要求,场馆冰面温差不能超过1.5摄氏度),不会出现各个部位温度不一、冰面硬度不均勾的情况。该技术采用环保性和安全性最佳的自然冷媒——无异味、不可燃的二氧化碳制冷剂。与传统制冷技术相比,该技术可提升能效20%以上。“冰丝带”暗藏的“黑科技”不止于此,场馆内的多功能超大冰面亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳直接蒸发制冰集中式制冷系统等应用,均属国际首次。(取材于刘垠等的《多项“奥运首创”背后的技术支撑》,《光明网》2021年3月22日)材料四 冬季奥运会 年份和地点 届次 采用的新科技 1948年瑞士圣莫里茨 5 使用基于光电管技术的狭缝摄影机(魔眼)辅助裁判 1960年美国新阔谷 8 使用“拉马克”计算机统计和公布比赛成绩 1968年法国格勒诺布尔 10 首次修建人工冷冻速滑场用于冬奥会比赛 1984年前南斯拉夫萨拉热窝 14 使用大型特制“雪地”进行人工造雪 1994年挪威利勒哈默尔 17 圣火首次采用环保材料(酒精)燃烧,美国利用电子计算机技术设计的雪橇用于比赛 1998年日本长野 18 Slipper冰刀和硅条应用于速度滑冰 2002年美国盐湖城 19 雪橇比赛中红外光束取代光电管,无线应答器首次用于远距离滑雪比赛 2006年意大利都灵 20 滑冰比赛服装“快速皮肤”改进版亮相,全面采用高清晰数字技术采集和传输电视信号 2010年加拿大温哥华 21 使用场馆和赛事导航信息系统 2014年俄罗斯索契 22 使用超大宽带传输系统(4G),美国队设计打造碳纤维雪橇并用于比赛,无人机拍摄奥运赛事 2018年韩国平昌 23 机器人火炬手,5G全球首秀,VR技术和高清视频演示,高科技保暖衣,自带记忆的“壶刷子”,异频雷达收发机 (摘编自汪海波《奥运会上的科技运用:历届回顾和2022年展望》)(1)下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是 ____ A.专家的介绍,使读者更加清楚地了解了“飞扬”火炬的火焰可视性、燃烧稳定性、材料的耐高温性及外形轻巧美观的特点。B.基于“人体—服装—环境”系统研制的冬奥会高性能冬季训练比赛服,可满足各国运动员保暖,防护、舒适、美观等多方面的需要。C.因丝带状曲面玻璃幕墙环绕得名的“冰丝带”,不仅外观漂亮,而且首次应用了二氧化碳跨临界制冷制冰等多项国际先进技术。D.历届冬奥会采用的新科技,涵盖了火炬制作、场馆建设、辅助裁判、服装器具、拍摄工具、数据统计、赛况转播等多个方面。(2)下列对材料相关内容的概括和分析,不正确的一项是 ____ A.从材料一可知,氢气火焰在日光下无颜色、遇到大风环境不稳定易熄灭、火炬的内部空间小都是“飞扬”火炬在设计时遇到的困难。B.材料二介绍冬奥服装设计的科技创新,这些黑科技使冬奥战服既满足技战术要求,又针对中国运动员特点,还富有东方文化底蕴。C.通过材料三的介绍可知,“冰丝带”的成功建设,不仅彰显了中国智慧,更体现了世界先进技术在中国冬奥场馆建设中的融合应用。D.通过对材料四图表的分析可以发现,多届冬秀奥运会中,都有新科技的应用,有些其至是首秀,这突显了冬奥会的科技感和时代感。(3)习近平总书记说:“当今世界,科技在竞技体育中的作用越来越突出。”2022北京冬奥会的科技感体现在哪些方面?请结合材料简要分析。

阅读下面的材料,完成各题。
材料一
       北京冬奥组委文化活动部副部长王向豫表示,北京冬奥会火炬的设计需秉持绿色,可持续理念。采用氢作为燃料就是火炬“飞扬”的科技亮点之一,既能达到环保要求,也符合冬奥会火炬接力在低温环境进行的现实要求。
“氢能是一种完全零排放的能源,燃烧时,它的燃烧产物只有水,没有二氧化碳。”中国航天科技集团高级工程师韩宗捷表示,但这个选择也带来了不少难题。首先,需要解决的是火焰的颜色问题,“氢气的火焰在日光下是不可见的,因此,我们研制了一种可以调节氢气火焰颜色的配方,让它在日光下具有可见的火焰颜色”。其次,火焰的稳定性也会遇到现实挑战,“特别是在冬奥会火炬的传递过程中,会出现很多高速运动场景,或者会遇到大风环境,所以经过研制,终于实现了在100公里每小时的大风状态下火炬的火焰能稳定燃烧这一设想”。此外,手持火炬的内部空间狭小,高压储氢也是遇到的现实问题,“我们研制了一款轻量化、小型化的氢气减压装置,对高压氢气进行了减压”。
       火炬“飞扬”的另一大技术亮点,则是火炬外壳采用了重量轻、耐高温的碳纤维材料,火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主。碳纤维专家黄翔宇介绍,“轻、固、美”正是由碳纤维及其复合材料制成的外壳所呈现出的特点。“轻”,是指碳纤维复合材料与相同体积的铝合金相比轻了20%以上;“固”,是指这一材料具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦耐紫外线辐射等特点;“美”,则是指应用了达到国际先进水平的三维立体编织成型技术,将高性能纤维编织成目前这样具有复杂形状的优美造型。
(摘编自梁璇《北京冬奥会火炬“飞扬”背后的故事》,《中国青年报》2021年21月19日)
材料二
       国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技技术”项目总负责人刘莉表示,针对冬奥会训练和比赛的复杂环境条件,基于“人体—服装—环境”系统,他们研发了适应中国运动员体型特征与生理特性的比赛服装,创新开发了适用于冬季项目训练与比赛的减阻、防护、舒适性强的高性能服装。
       针对短道速滑、高山滑雪等竞速类项目比赛服的综合减阻问题,根据中国运动员体型、技战术特点,着重在“快”上设计,解决多参数耦合条件下冬季运动竞速类比赛服装跨尺度协同减阻问题。
       在训练比赛过程中,服装设备还有“护”的性能。由于冬季运动项目速度高,环境复杂,运动员损伤风险较大。为攻坚这一课题,研究人员研发了新的比赛装备,如在高山滑雪训练防护服中,采用了新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料,有效保护了高山滑雪运动员穿越旗门时的抽打伤害。短道速滑比赛服则整体使用防切割面料,全面保护运动员的身体,同时考虑肌肉压缩服装减阻功能。另外,通过提升纤维保暖率和主动加热技术,把电能量转化为热能,以满足“暖”的普遍需求。
       体验过比赛服的运动员纷纷表示,“目前的比赛服装设计调研更充分,剪裁上更能展示中国选手的体型,符合技战术特点,设计也更精致,并且蕴含着东方文化底蕴”。
(摘编自华凌《“快护、暖、美”!揭秘冬奥备战服黑科技》,《科技日报》2021年3月3日)材料三
       北京冬奥会在场馆设计和建设过程中始终秉持科技冬奥的理念,处处彰显中国智慧。
       北京冬奥会新建的冰上竞赛场馆国家速滑馆,坐落于奥林匹克公园内,在冬日暖阳下显得格外亮丽。这座场馆由22条晶莹的“丝带”状曲面玻璃幕墙环绕,因此又被亲切地称为“冰丝带”。“冰丝带”的外墙由3360块曲面玻璃拼装而成,首次应用了20450 米国产高钒密闭索。“冰丝带”还首次应用了世界上先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术。该技术可使冰面温差控制在0.5摄氏度以内(按照国际滑联的要求,场馆冰面温差不能超过1.5摄氏度),不会出现各个部位温度不一、冰面硬度不均勾的情况。该技术采用环保性和安全性最佳的自然冷媒——无异味、不可燃的二氧化碳制冷剂。与传统制冷技术相比,该技术可提升能效20%以上。“冰丝带”暗藏的“黑科技”不止于此,场馆内的多功能超大冰面亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳直接蒸发制冰集中式制冷系统等应用,均属国际首次。
(取材于刘垠等的《多项“奥运首创”背后的技术支撑》,《光明网》2021年3月22日)材料四
冬季奥运会
年份和地点 届次 采用的新科技
1948年瑞士圣莫里茨 5 使用基于光电管技术的狭缝摄影机(魔眼)辅助裁判
1960年美国新阔谷 8 使用“拉马克”计算机统计和公布比赛成绩
1968年法国格勒诺布尔 10 首次修建人工冷冻速滑场用于冬奥会比赛
1984年前南斯拉夫萨拉热窝 14 使用大型特制“雪地”进行人工造雪
1994年挪威利勒哈默尔 17 圣火首次采用环保材料(酒精)燃烧,美国利用电子计算机技术设计的雪橇用于比赛
1998年日本长野 18 Slipper冰刀和硅条应用于速度滑冰
2002年美国盐湖城 19 雪橇比赛中红外光束取代光电管,无线应答器首次用于远距离滑雪比赛
2006年意大利都灵 20 滑冰比赛服装“快速皮肤”改进版亮相,全面采用高清晰数字技术采集和传输电视信号
2010年加拿大温哥华 21 使用场馆和赛事导航信息系统
2014年俄罗斯索契 22 使用超大宽带传输系统(4G),美国队设计打造碳纤维雪橇并用于比赛,无人机拍摄奥运赛事
2018年韩国平昌 23 机器人火炬手,5G全球首秀,VR技术和高清视频演示,高科技保暖衣,自带记忆的“壶刷子”,异频雷达收发机
(摘编自汪海波《奥运会上的科技运用:历届回顾和2022年展望》)(1)下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是 ____
A.专家的介绍,使读者更加清楚地了解了“飞扬”火炬的火焰可视性、燃烧稳定性、材料的耐高温性及外形轻巧美观的特点。
B.基于“人体—服装—环境”系统研制的冬奥会高性能冬季训练比赛服,可满足各国运动员保暖,防护、舒适、美观等多方面的需要。
C.因丝带状曲面玻璃幕墙环绕得名的“冰丝带”,不仅外观漂亮,而且首次应用了二氧化碳跨临界制冷制冰等多项国际先进技术。
D.历届冬奥会采用的新科技,涵盖了火炬制作、场馆建设、辅助裁判、服装器具、拍摄工具、数据统计、赛况转播等多个方面。
(2)下列对材料相关内容的概括和分析,不正确的一项是 ____
A.从材料一可知,氢气火焰在日光下无颜色、遇到大风环境不稳定易熄灭、火炬的内部空间小都是“飞扬”火炬在设计时遇到的困难。
B.材料二介绍冬奥服装设计的科技创新,这些黑科技使冬奥战服既满足技战术要求,又针对中国运动员特点,还富有东方文化底蕴。
C.通过材料三的介绍可知,“冰丝带”的成功建设,不仅彰显了中国智慧,更体现了世界先进技术在中国冬奥场馆建设中的融合应用。
D.通过对材料四图表的分析可以发现,多届冬秀奥运会中,都有新科技的应用,有些其至是首秀,这突显了冬奥会的科技感和时代感。
(3)习近平总书记说:“当今世界,科技在竞技体育中的作用越来越突出。”2022北京冬奥会的科技感体现在哪些方面?请结合材料简要分析。

题目解答

答案

(1)B.“各国运动员”范围扩大,依据原文“他们研发了适应中国运动员体型特征与生理特性的比赛服装,创新开发了适用于冬季项目训练与比赛的减阻、防护、舒适性强的高性能服装”可知,原文是说研发了适应中国运动员训练比赛服而不是各国运动员。
故选B。
(2)C.“不仅彰显了中国智慧,更体现了世界先进技术在中国冬奥场馆建设中的融合应用”说法错误,材料三通过“冰丝带”的成功建设,说明它有着中国智慧,也有对世界先进技术的应用,二者之间没有递进关系,“世界先进技术在中国冬奥场馆建设中的融合应用”实际是对“中国智慧”的解释。
故选C。
(3)解答本题要回归材料,从材料中提取关键信息作答。
依据材料一“采用氢作为燃料就是火炬‘飞扬’的科技亮点之一,既能达到环保要求,也符合冬奥会火炬接力在低温环境进行的现实要求”可知,“飞扬”火炬的设计,选择燃烧时零排放的氢作为燃料,体现了绿色环保的发展理念;
依据材料一“火炬‘飞扬’的另一大技术亮点,则是火炬外壳采用了重量轻,耐高温的碳纤维材料,火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主”可知,“飞扬”火炬的设计,火炬的外壳和燃料罐采用了重量轻、耐高温的碳纤维材料,充分体现了新材料的优点;
依据材料二“针对冬奥会训练和比赛的复杂环境条件,基于‘人体——服装——环境’系统,他们研发了适应中国运动员体型特征与生理特性的比赛服装,创新开发了适用于冬季项目训练与比赛的减阻、防护、舒适性强的高性能服装”可知,训练服和比赛服的设计中,“快”“护”“暖”的设计体现了科技赋能体育的先进理念;
依据材料三“‘冰丝带’还首次应用了世界上先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术”“‘冰丝带’暗藏的‘黑科技’不止于此,场馆内的多功能超大冰面亚临界、跨临界多工况并行二氧化碳直接蒸发制冰集中式制冷系统等应用,均属国际首次”可知,北京冬奥会国家速滑馆的设计建设,采用大量的新科技,体现了科技新成果的应用。
答案:
(1)B
(2)C
(3)①“飞扬”火炬的设计,选择燃烧时零排放的氢作为燃料,体现了绿色环保的发展理念。
②火炬的外壳和燃料罐采用了重量轻、耐高温的碳纤维材料,充分体现了新材料的优点。
③训练服和比赛服的设计中,“快”“护”“暖”的设计体现了科技赋能体育的先进理念。
④北京冬奥会国家速滑馆的设计建设,采用大量的新科技,体现了科技新成果的应用。

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