要说3岁小孩能扛起一根直径40厘米粗的大木头,也许不会有人相信.不过记者却在中科院西双版纳植物园内,亲眼看到一名身体瘦小的傣家少女,双手各用两根手指提着一块20厘米宽、6厘米厚、1.3米长的方木在草地上轻盈地跳着孔雀舞;一名小伙子伸手抱起一根长两米,直径达40厘米的大木头轻轻地举在头顶尽情玩耍.这就是地球上最轻的木料──轻木,不要看刚才小伙耍来耍去的一大根木料,其实就3岁小孩也能扛起来. 轻木原产南美和中美洲,其密度只有0.16至0.2之间,比起最重的木材1.2的密度来,就真的是“轻如鸿毛”了.将木料丢入水中,它竟然像泡沫一样漂在水面,几乎没有吃水痕迹.
1965年,因为我国航空事业的需要,当时有关部门从厄瓜多尔引进了这批轻木,在海南、广东、广西和西双版纳试种,准备作为制造飞机木质部分的原料.但由于种种原因,这批轻木没有成为制造飞机的原料飞上蓝天,最终成为上海一家热水瓶厂的瓶塞.后来因为发展航模项目的需要,在西双版纳种植了200亩轻木,因为在航模赛事中要胜出,就必须使用轻木做原料以减轻自重.假如在20摄氏度的室温中,往数百度高温的铁板、或者零下10度的冰块上铺上轻木后,用手摸在轻木上,它的温度肯定还是20摄氏度的常温;若在一间放着震耳欲聋音响的房间中央隔起轻木板,人在没有音乐的另一端听起来肯定是静悄悄的.
(1)文章中没有单位,请你结合自己的物理知识,在括号内填上合适的单位.
轻木的密度为:0.16
(2)当前,“假新闻”、“假照片”不断被媒体曝光,你认为本文中的图片是否真实?请通过文中所给的数据计算并结合自己的生活经验回答.
(3)你知道泡沫的密度吗?通过阅读你认为泡沫的密度应该是多少?
(4)写出下列场所分别应用了轻木怎样的物理属性.
航模:
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气凝胶
如图1所示是世界上最轻的固体——气凝胶。2011年美国研制的硅气凝胶密度仅为3mg/cm3(空气的密度为1.29kg/m3)。由于气凝胶中99.8%以上是空气,因此对于空气中、液体中的污染物具有极强的吸附能力,特别是对液体中的污染物有着超高的可吸附性能,因此被称为“超级海绵”。如图2所示,把花朵隔着一层气凝胶放在火焰上,花朵也丝毫没有被损坏。据悉美国宇航局2021年已经确定,火星探险时宇航员将穿上含有18毫米厚气凝胶层的宇航服,它能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶,就算被炸药直接炸中,金属片也分毫无伤。因为它耐磨且富有弹性,所以很多职业登山者登山时所穿的鞋子都是用气凝胶制成的。利用气凝胶制成的网球拍,击球的能力也比普通网球拍更强。2013年浙江大学研制的“全碳气凝胶”的密度仅0.16mg/cm3,也是迄今为止世界上最轻的材料。如图3所示,一块100cm3的“全碳气凝胶”“踩”在一根狗尾巴草上,纤细的草须一点都没有被压弯。普通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。
(1)气凝胶有很多优点。气凝胶网球拍击球的能力更强,说明气凝胶的
A.密度小
B.吸附性好
C.隔热性好
D.弹性好
(2)我国研制的“全碳气凝胶”的密度比空气的密度
(3)“气凝胶”的应用前景非常广泛,除了上述短文中说到的应用外,请你根据短文气凝胶的特点再举出一例未来可能实现的应用:
(4)一架用密度为4×103kg/m3铝合金材料制成的质量约80吨的大型飞机,如果用密度仅为3mg/cm3的硅气凝胶做成,其质量相当于
A.一片鸡毛的质量
B.一只鸡蛋的质量
C.一个成年人的质量
D.一台大卡车的质量
扫地机器人
扫地机器人是一款能自动清扫的智能家用电器,如图所示。机器人通过电动机旋转产生高速气流,将灰尘、杂物吸入集尘盒,其防滑轮皮采用凸凹材质制成;底部安装有塑料刷,用于清扫吸附在地板上的灰尘及轻小物体;前端装有感应器,通过发射、接收超声波或红外线来侦测障碍物。当剩余电量减为电池容量的20%时,机器人会主动寻找充电器充电。表一为某扫地机器人的部分参数。电池容量指放电电流与放电总时间的乘积。
表一:
额定工作电压 | 12V | 额定功率 | 30W |
电池容量 | 2500mAh | 工作噪音 | <50dB |
表二:
真空度(Pa) | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 |
风量(m3/s) | 0.025 | 0.02 | 0.017 | 0.015 | 0.013 |
吸入功率(W) | 10.00 | 9.00 | 8.50 | 7.80 |
(2)下列说法中错误的是
A.地面有静电时,轻小物体会吸附在地板上而不易清扫
B.采用凸凹材质的轮皮,可增大机器人与地面间的摩擦
C.机器人工作时发出的声音不会对人的听力造成损伤
D.当遇到玻璃门等透明障碍物时,使用红外线感应器效果较好
(3)该机器人正常工作时的电流为
(4)由表二数据可知,当风量为0.015m3/s时,若吸尘电机的输入功率为25W,此时其效率为
空气净化器
由于雾霾天气的增多,空气净化器逐渐走入家庭,其工作过程(如图甲)是:脏空气进入净化器时,灰尘被正电钨丝放电而带上正电,流到负电路栅板时,带电灰尘被吸附。此后经过活性炭层时,化学有毒气体被吸附,排出空气的污染物浓度大幅降低,多次循环后变成洁净空气洁净空气量(CADR)是反映其净化能力的性能指标,CADR值越大,其净化效率越高。利用CADR值,可以评估其在运行一定时间后,去除室内空气污染物的效果。按下列公式计算CADR:(V:房间容积;t:空气净化器使房间污染物的浓度下降90%运行的时间),其铭牌如表:型号 | 额定电压 | 额定功率 | 产品净重 | 洁净空气量(CADR) |
S89型号 | 220V | 44W | 10kg |
(2)为了方便移动这台净化器,在它的下面装上轮子,目的是为了
(3)某房间的使用面积为,高度是3m,此空气净化器
(4)空气的密度是,请计算出面积为,高度是3m的房间空气的质量
国产大飞机C919
2023年5月28日,经历1小时59分钟飞行,由C919大型客机执飞的东方航空MU9191航班平稳降落在北京首都国际机场,这意味着中国民航一举打破国外公司对大飞机行业的垄断,中国的飞机制造真正走出一条自主研制的发展之路。C919客机,C是China的首字母,也是商飞英文缩写COMAC的首字母,“19”代表的是中国首款中型客机最大载客量为190座。C919客机是我国建设创新型国家的标志性工程。它使用了占全机结构重量20﹣30%极轻的国产铝合金、钛合金及钢等材料,充分体现了C919大型客机带动国内基础工业的能力与未来趋势。同时,C919机舱内噪音可降到60分贝以下,较国外同类型飞机低了20多分贝,三架大飞机的连续亮相,实现了国人的航空强国梦。
(1)C919使用占全机结构重量20﹣30%极轻的国产铝合金、钛合金及钢等材料。“极轻”的物理含义是指
(2)C919机舱内噪音较国外同类型飞机更低的主要原因是
(3)C919在空中飞行时,以飞机为参照物,飞行员是
(4)下列不属于“国产大飞机”的是
A.AG600
B.运﹣20
C.C919
D.波音737
气凝胶
如图甲所示,把花朵隔着一层气凝胶放在3000℃的火焰上,几分钟后依然芬芳如故,保护它的神奇材料就是气凝胶。
气凝胶——它身轻如烟,是世界上最轻的画体材料之一,有一种“全碳气凝胶”密度仅为0.16mg/cm3,比氢气还要轻,如图乙所示为8cm3的全碳气凝胶压在花蕊上,花蕊几乎没有变形的情景。气凝胶还是很好的吸音材料,它可以在100Hz~6300Hz频段内高效吸音,大多数人能够听到频率为20Hz~20000Hz的声音,因此它是很好的降噪材料。科学家们研制出的一种称为“飞行石墨”气凝胶,是由多孔的碳管在纳米尺度下交织在一起三维的网状结构,它可以在数千次被压缩至原体积的20%之后迅速复原。它虽然极轻,但弹性却非常好。
气凝胶对有机溶剂有超快、超高的吸附力,现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体,但气凝胶能吸收其自身质量250倍左右的液体,最高的可达900倍,而且只吸油不吸水,因此气凝胶的这一特性可用来处理海上原油泄漏事件。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)“全碳气凝胶”密度比氮气密度
(2)“全碳气凝胶”的吸音频段为
(3)10g气凝胶最高可以吸附
(4)“全碳气凝胶”可以在数千次被压缩至原体积的20%之后迅速复原,由此可判断,“全碳气凝胶”至少具有好的特点
(5)下列“全碳气凝胶”实际应用中,不可能实现的是
A.清洗厨房的油烟机 B.吸除冰箱内的异味
C.做打桩机的重锤 D.做电影场景中倒塌的“墙壁”
有一种叫“气凝胶”的物质,它被世人称为“固态烟”(如图所示),密度是3mg/cm3,仅为空气的2.7倍、玻璃的千分之一,看上去就像冻住的烟,它是世界上最轻的固体,却有着机其变态的特性.气凝胶是高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,这种特性使得它不仅具有坚固的内部结构与防弹特性,可以抵抗比子弹速度快60倍的彗星微尘;还能够承受1400℃的高温和零下130℃的低温,具有很好的隔热性,在俄罗斯“和平号”空间站以及美国的“火星探测车”上被广泛的运用,它还有超强的吸附性,一次实验意外地发现,这种材质可以很有效的吸附水中的铅和汞,如果大量采用这种材质可以使环境的污染得到很有效的改善.
(1)“轻”实质上是指气凝胶的
(2)英国登山爱好者在攀登极度寒冷的珠穆朗玛峰时睡袋和衣服中填满了气凝胶,这主要利用了气凝胶的
(3)一架钢铁制的飞机质量为150t,若机身体积不变,材料变为气凝胶后,它的质量相当于下列的
A.一片鸡毛
B.一个鸡蛋
C.一个普通中学生
D.一辆卡车
新的水纯化技术,可以为世界解渴
全世界18亿人常年缺水,如何利用太阳能进行海水淡化,是人类水资源领域共同关注的焦点。2019年,33岁的南京大学教授朱嘉及其团队,模仿蘑菇的碳基吸收体,设计制作了集热蒸发一体化的人工蒸腾器件,图是它的结构示意图。
供水通道利用毛细效应,把水供应到碳基吸收体上,碳基吸收体具有吸光性强且内部热导很低的特性,使其只能给界面处的水加热,让水一层一层蒸发。顶端像蘑菇一样的伞状结构,增大了水的表面积。这种材料和结构的巧妙设计使蒸汽转化效率显著提高。在供水通道与海水接触处,团队受睡莲叶启发,设计了多级结构,成功实现水蒸发后,盐全部留在容器底部,让水和盐完全分离,保障器件不结垢,能长效利用。
这项变革性水纯化技术,便携、高效、低成本、无污染,让太阳能海水淡化技术成功产业化,为世界解渴、造福全人类。
(1)朱嘉及其团队设计的人工蒸腾器件采用的碳基吸收体具有
(2)通过此器件收集到大量的水蒸气,还要经历
万物尽其用——所用皆属性
“物尽其用”这个成语,意思是各种东西凡有可用之处,都要尽量利用。《道德经》有人尽其才,物尽其用的描述。在生活中,有时候要用物质的性质来考虑问题。
物质的颜色、气味、状态、是否易熔化、凝固、升华、蒸发,熔点、沸点、硬度、密度、导电性、导热性、延展性这些都是物质的物理性质。厨房中的炒菜锅用不锈钢或铁材料制作,主要是因为其导热性好。而煎药、炖汤用的砂锅采用不易传热的陶土、砂石经过烧制而成,则利用了通气性,吸附性,传热均匀,传热慢的特点。炒菜锅的把手采用橡胶、塑料、木头等材料而不采用金属制作,是因为它们的导热性不好。如图甲、乙所示,家用暖气内装的是水,而电暖器内装的是油。家用暖气主要利用了水放热时,温度降低不至于过多的特点,而电暖器主要利用了油吸热时,温度变化特别明显的特点。冰箱或者空调的冷凝器如图丙所示,内部装有容易汽化、液化的物质。产品包装盒选择密度较小的泡沫塑料制成,勘探队员通过采集样品的密度等信息确定矿藏种类及经济价值。楼房一般都有保温层,填充了保温材料,工程师要根据保温的效果、保温层的厚度,来选取不同保温性能的材料。在新材料领域,石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。石墨烯在电学方面的特性之一是导电性很强,仅次于银和铜。
为了比较两种新型保温材料甲和乙的保温性能,将这两种保温材料分别做成形状、结构、厚度完全相同的保温筒,两保温筒内同时分别放置完全相同、温度均为80℃的恒温源。将两保温筒放在室温为20℃的房间内,每隔10min测量一次两保温筒外表面的温度,根据记录的实验数据绘制的图像如图2所示,图中图像Ⅰ表示保温材料甲做成的保温筒外表面温度随时间变化的图像,图像Ⅱ表示保温材料乙做成的保温筒外表面温度随时间变化的图像。
(1)家用暖气和电暖器中的物质不同,利用了物质的
(2)在比较甲、乙保温材料的实验中,说法正确的是
A.可用单位时间内保温筒外表面的温度变化表示保温效果
B.甲材料的保温效果比乙材料的保温效果好
C.乙材料的保温效果比甲材料的保温效果好
D.如果把两保温筒内80℃的恒温源换成﹣18℃的恒温源,其它条件不变,则无法比较甲、乙两种保温材料的保温效果
(3)导电性、导热性也是物质的性质。请从中任选一个,写出比较导电性或者导热性的方法,并加以简要的说明
有一种叫“气凝胶”的物质,它被世人称为“固态烟”(如图所示),密度是3mg/cm3,仅为空气的2.7倍、玻璃的千分之一,看上去就像冻住的烟,它是世界上最轻的固体,却有着机其变态的特性.气凝胶是高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,这种特性使得它不仅具有坚固的内部结构与防弹特性,可以抵抗比子弹速度快60倍的彗星微尘;还能够承受1400℃的高温和零下130℃的低温,具有很好的隔热性,在俄罗斯“和平号”空间站以及美国的“火星探测车”上被广泛的运用,它还有超强的吸附性,一次实验意外地发现,这种材质可以很有效的吸附水中的铅和汞,如果大量采用这种材质可以使环境的污染得到很有效的改善.
(1)“轻”实质上是指气凝胶的
(2)英国登山爱好者在攀登极度寒冷的珠穆朗玛峰时睡袋和衣服中填满了气凝胶,这主要利用了气凝胶的
(3)一架钢铁制的飞机质量为150t,若机身体积不变,材料变为气凝胶后,它的质量相当于下列的
A.一片鸡毛
B.一个鸡蛋
C.一个普通中学生
D.一辆卡车