Question

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近日，浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅每立方厘米 0．16 毫克，是迄今为止世界上最轻的材料.“气凝胶”是半固体状态的凝胶经干燥、去除溶剂后的产物，外表呈固体状，内部含有众多孔隙，充斥着空气，因而密度极小.浙江大学高分子科学与工程学系高超教授的课题组将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，成功刷新了“最轻材料”的纪录.此前的   “世界纪录保持者”是由德国科学家在 2012 年底制造的一种名为“石墨气凝胶”的材料，密度为每立方厘米 0．18 毫克.据介绍，“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一.现有的吸油产品一般只能吸收自身质量 10 倍左右的有机溶剂，而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的 900 倍.全碳气凝胶将有望在海上漏油、净水甚至净化空气等环境污染治理上发挥重要作用.传统的   气凝胶制作方式往往无法批量生产，但课题组新创的“低温冻干法”令气凝胶的生产过程更加便捷，也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能.

请根据上述材料和你学过的物理知识，完成下列问题：

（1）人们把气凝胶称作 “凝固的烟”，用确切的物理语言来说是指它的__________很小（选填“质量”或“密度”）.

（2）文中提到“全碳气凝胶”的固态材料密度是__________kg/m³.

（3）下列“全碳气凝胶”实际应用中，不可能实现的是（_______）

A. 做打桩机的重锤    B．做电影场景中倒塌的“墙壁”

C．清洗厨房的油烟机        D ．吸除冰箱内的异味

（4）2dm³ 的“全碳气凝胶”最多能吸收的有机溶剂重力为__________ N． （g 取 10N/kg）

（5）航天飞机的总质量为 1×10⁶kg，航天飞机的材料密度约为 4.0×10³kg/m³，若采用全碳气凝胶制造一架同样大小的飞机，则需“气凝胶”质量__________kg.

Answer

密度 0.16 A 2.88 40

【解析】

（1）“烟”能够飘在空气中，所以用物理语言来说是指它的密度很小；

（2） “全碳气凝胶”的固态材料密度是“每立方厘米0.16 毫克”即ρ胶=0.16mg/cm3=0.16kg/m3；

（3）A. 打桩机的重锤须密度很大的物体。故A不能实现；

B．电影场景中倒塌的“墙壁”需要密度很小的物体，才不容易伤害到演员。“全碳气凝胶”密度极小，故B是可以实现的；

C．由文中“‘全碳气凝胶’还是吸油能力最强的材料之一”可知，用全碳气凝胶清洗厨房的油烟机是可以实现的；

D．因全碳气凝胶具有“‘内部含有众多孔隙’、‘净化空气’”等特点，所以用来吸除冰箱内的异味是可以实现的。

（4）“全碳气凝胶”的体积V=2dm3=2×10-3m3，密度ρ胶=0.16kg/m3，所以其质量为m=ρV=0.16kg/m3×2×10-3m3=3.2×10-4kg。因“‘全碳气凝胶’的有机溶剂吸收量可高达自身质量的 900 倍”，所以“全碳气凝胶”最多能吸收的有机溶剂质量为m’=900m=900×3.2×10-4kg=0.288kg。则“全碳气凝胶”最多能吸收的有机溶剂重力为G=m’g=0.288kg×10N/kg=2.88N。

（5）航天飞机的总体积为V===250m3，这些体积全部采用全碳气凝胶制造，则其质量为m胶=ρ胶V=0.16kg/m3×250m3=40kg。