Question

【題目】閱讀短文，回答問題

近日，浙江大學的科學家們研制出了一種超輕材料，這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態材料密度僅每立方厘米 0．16 毫克，是迄今為止世界上最輕的材料.“氣凝膠”是半固體狀態的凝膠經干燥、去除溶劑后的產物，外表呈固體狀，內部含有眾多孔隙，充斥著空氣，因而密度極小.浙江大學高分子科學與工程學系高超教授的課題組將含有石墨烯和碳納米管兩種納米材料的水溶液在低溫環境下凍干，去除水分、保留骨架，成功刷新了“最輕材料”的紀錄.此前的 “世界紀錄保持者”是由德國科學家在 2012 年底制造的一種名為“石墨氣凝膠”的材料，密度為每立方厘米 0．18 毫克.據介紹，“全碳氣凝膠”還是吸油能力最強的材料之一.現有的吸油產品一般只能吸收自身質量 10 倍左右的有機溶劑，而“全碳氣凝膠”的吸收量可高達自身質量的 900 倍.全碳氣凝膠將有望在海上漏油、凈水甚至凈化空氣等環境污染治理上發揮重要作用.傳統的 氣凝膠制作方式往往無法批量生產，但課題組新創的“低溫凍干法”令氣凝膠的生產過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規模制造和應用成為可能.

請根據上述材料和你學過的物理知識，完成下列問題：

（1）人們把氣凝膠稱作 “凝固的煙”，用確切的物理語言來說是指它的__________很小（選填“質量”或“密度”）.

（2）文中提到“全碳氣凝膠”的固態材料密度是__________kg/m3.

（3）下列“全碳氣凝膠”實際應用中，不可能實現的是（_______）

A. 做打樁機的重錘 B．做電影場景中倒塌的“墻壁”

C．清洗廚房的油煙機 D ．吸除冰箱內的異味

（4）2dm3 的“全碳氣凝膠”最多能吸收的有機溶劑重力為__________ N． （g 取 10N/kg）

（5）航天飛機的總質量為 1×106kg，航天飛機的材料密度約為 4.0×103kg/m3，若采用全碳氣凝膠制造一架同樣大小的飛機，則需“氣凝膠”質量__________kg.

Answer 1

【答案】密度 0.16 A 2.88 40

【解析】

（1）“煙”能夠飄在空氣中，所以用物理語言來說是指它的密度很小；

（2） “全碳氣凝膠”的固態材料密度是“每立方厘米0.16 毫克”即ρ膠=0.16mg/cm3=0.16kg/m3；

（3）A. 打樁機的重錘須密度很大的物體。故A不能實現；

B．電影場景中倒塌的“墻壁”需要密度很小的物體，才不容易傷害到演員。“全碳氣凝膠”密度極小，故B是可以實現的；

C．由文中“‘全碳氣凝膠’還是吸油能力最強的材料之一”可知，用全碳氣凝膠清洗廚房的油煙機是可以實現的；

D．因全碳氣凝膠具有“‘內部含有眾多孔隙’、‘凈化空氣’”等特點，所以用來吸除冰箱內的異味是可以實現的。

（4）“全碳氣凝膠”的體積V=2dm3=2×10-3m3，密度ρ膠=0.16kg/m3，所以其質量為m=ρV=0.16kg/m3×2×10-3m3=3.2×10-4kg。因“‘全碳氣凝膠’的有機溶劑吸收量可高達自身質量的 900 倍”，所以“全碳氣凝膠”最多能吸收的有機溶劑質量為m’=900m=900×3.2×10-4kg=0.288kg。則“全碳氣凝膠”最多能吸收的有機溶劑重力為G=m’g=0.288kg×10N/kg=2.88N。

（5）航天飛機的總體積為V===250m3，這些體積全部采用全碳氣凝膠制造，則其質量為m膠=ρ膠V=0.16kg/m3×250m3=40kg。