题目内容
【题目】如图所示,气凝胶是一种多孔状、类似海绵结构的硅元素固体,孔状内有99.8%的空间.这种新材料密度仅为3kg/m3 , 看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,最高能承受1400℃的高温.若将其压缩至很小体积之后也能迅速复原.据悉2018年美国宇航局派宇航员登陆火星时,就将用它制成隔热宇航服.
(1)从上述介绍中,可以判断气凝胶这种物质具有哪些优异的物理属性?请说出两点.
(2)有人做过这样一个实验:在一金属块表面涂上8mm厚的气凝胶,结果在lkg的炸药爆炸中气凝胶毫发无损.若金属块为体积为1m3的立方体,则覆盖在金属块上的气凝胶质量为多少?
(3)某大型飞机采用现在盛行的超高强度结构钢制造,重2.32×106N,若采用“气凝胶”代替钢材来制造一架同样大小的飞机,则需“气凝胶”的质量为多少?(钢的密度为7.9×103kg/m3 , g取10N/kg )
【答案】
(1)解:由题意知,气凝胶的密度仅为3kg/m3,说明其密度小;
气凝胶非常坚固耐用,最高能承受1400℃的高温,说明其耐高温;
若将其压缩至很小体积之后也能迅速复原,说明其弹性好.
(2)解:正方体金属块的体积V=1m3,
由V=a3得,正方体金属块的边长:
a= = =1m,
则正方体的表面积:
S=6a2=6×(1m)2=6m2,
覆盖在金属块上气凝胶的体积:
V=Sh=6m2×8×10﹣3m=0.048m3,
由ρ= 得,覆盖在金属块上的气凝胶质量:
m=ρV=3kg/m3×0.048m3=0.144kg;
(3)解:由G=mg得,钢材的质量:
m= = =2.32×105kg,
由ρ= 得,钢材的体积:
V钢= = ≈29.37m3,
由题意知,气凝胶的体积:
V=V钢=29.37m3,
气凝胶的质量:
m′=ρV′=3kg/m3×29.37m3≈88kg.
【解析】(1)根据题意提供的信息找出气凝胶突出的物理特性;(2)根据题意求出覆盖在金属块上气凝胶的体积,根据密度公式的变形公式求出气凝胶的质量;(3)知道钢材的质量和钢的密度,利用密度公式的变形公式V= 求出钢材的体积即气凝胶的体积,然后利用公式m=ρV求出气凝胶的质量.
【考点精析】利用物质的物理特征对题目进行判断即可得到答案,需要熟知物质存在的三种状态:固态、气态、液态.