對2013年安徽中考物理卷一道題目的質疑

王偉民

(安徽省太和縣宮集鎮中心學校，安徽太和 236652)

圖1

題目.(2013年安徽中考物理卷填空題第7題)如圖1所示，靜止在花朵上的是一種叫“全碳氣凝膠”的固體材料，它是我國科學家研制的迄今為止世界上最輕的材料.一塊體積為100 cm3的“全碳氣凝膠”質量只有0.016 g，則它的密度為________kg/m3.

應該說，這是一道吸引眼球的題目.單是題目的插圖就令人嘖嘖稱奇，一朵嬌嫩的花朵居然能夠承受那么大的一塊“全碳氣凝膠”.首次看到該題目之后，無論是學生還是教師，都會有一種想探知這種名為“全碳氣凝膠”的新型材料，到底能“輕”到什么程度.

根據題目條件，密度的計算非常容易:

筆者以為，新聞報道中的“固態材料密度僅為0.16 mg/cm3”的敘述有誤，正確的解讀應該是，該固態材料的密度比空氣密度多出了0.16 mg/cm3.也就是說，用天平“測量”出該固體材料的質量后，測出的質量與該固體材料體積之比為0.16 mg/cm3.(需要注意的是，當被測物體密度與空氣密度相比懸殊不大時，天平平衡后，由于受空氣浮力的作用，右盤砝碼的質量與左盤被測物體的質量將有較大的差距，所以比值“0.16 mg/cm3”將不等于“全碳氣凝膠”這種物質的密度).

從網上關于這種新型材料的介紹來看，該材料是一種里面有大量氣孔，內部的大部分空間被空氣所占有的材料，由于能夠大量吸收油脂而被稱作“碳海綿”.因此，嚴格講來，像這種“中空”的材料說其密度是不合適的，就像我們不能說一棟樓房的密度是多大一樣.當然，如果把它作為混合物的話(新型材料與空氣的混合物)，“平均密度”的叫法應該合適一些.

如果新聞報道中這種新型材料的密度指的是其平均密度(包含里面所含的空氣)，并且是用傳統的測量物質密度的方法“算”出來的話，假如質量的測量用的是托盤天平，那么，僅用體積為100 cm3的新型材料顯然是無法進行測量的，因為將這么大的物體放在已調平的天平的左盤，右盤需要一個0.016 g的砝碼與之平衡，不僅砝碼盒中沒有這么小的砝碼，橫梁標尺上的游碼也不可能顯示出如此小的讀數來，因為一般托盤天平的感量最小的也為0.1 g.如果在題目條件的基礎上，將新型材料“全碳氣凝膠”的體積和質量均擴大10000倍——將體積為106cm3(即1 m3)的這種材料放在天平左盤時，右盤添加160 g的砝碼，天平恰平衡，由于“全碳氣凝膠”的密度與空氣的密度非常接近，所以，受空氣浮力的作用，在空氣中已平衡的天平，左盤物體與右盤砝碼的質量將不再相等，我們不妨將160 g稱為該物體的“視質量”，那么其真實質量該是多大呢?

如果沒有空氣浮力的作用，已平衡的天平，左右兩盤物體的質量一定相等(因為天平是一個等臂杠桿)，為了能夠測出1 m3的“全碳氣凝膠”的“準確質量”，我們可以將砝碼盤中已與160 g砝碼相平衡的該物體連同天平一起，放在一個大的玻璃鐘罩里面，封閉之后用抽氣機向外抽內部的空氣(假設在抽氣過程中，“全碳氣凝膠”里面的空氣不會因它外面氣壓的減小而“跑”出去).相對于1 m3這么大的物體，質量為160 g的砝碼體積可以忽略不計，由于真空中的“全碳氣凝膠”不再受空氣浮力的作用，所以，在空氣中平衡的天平將失去原有的平衡，放在左盤中的物體將會因不再受空氣的浮力而下沉.由于1 m3的空氣質量是1.29 kg，為了使真空環境下的天平橫梁重新平衡，在天平的右盤需要再添加1.29 kg的砝碼，故這體積為1 m3的“全碳氣凝膠”的“準確質量”應該是1.29 kg+160 g=1.45 kg.因 此，這 材 料 的 密 度 為 1.45 kg ÷ 1 m3=1.45 kg/m3，該數據剛好比空氣密度 1.29 kg/m3多出了0.16 mg/cm3.

所以，為避免自相矛盾的出現，本題應作如下修改:如圖1所示，靜止在花朵上的是一種叫“全碳氣凝膠”的固體材料，它是我國科學家研制的迄今為止世界上最輕的材料(固體).一塊體積為100 cm3的“全碳氣凝膠”質量只有0.145 g，則它的密度為__________kg/m3.

在一些新聞報道中，我們有時會看到科學術語用得不規范，這尚有情可原.然而，作為選拔性很強的中考物理試卷出現如此問題實在是太不應該.中考試卷面向的是數以萬計的學生.試卷題目的命題，應該慎之又慎.