对2013年安徽中考物理卷一道题目的质疑

王伟民

(安徽省太和县宫集镇中心学校，安徽太和 236652)

图1

题目.(2013年安徽中考物理卷填空题第7题)如图1所示，静止在花朵上的是一种叫“全碳气凝胶”的固体材料，它是我国科学家研制的迄今为止世界上最轻的材料.一块体积为100 cm3的“全碳气凝胶”质量只有0.016 g，则它的密度为________kg/m3.

应该说，这是一道吸引眼球的题目.单是题目的插图就令人啧啧称奇，一朵娇嫩的花朵居然能够承受那么大的一块“全碳气凝胶”.首次看到该题目之后，无论是学生还是教师，都会有一种想探知这种名为“全碳气凝胶”的新型材料，到底能“轻”到什么程度.

根据题目条件，密度的计算非常容易:

笔者以为，新闻报道中的“固态材料密度仅为0.16 mg/cm3”的叙述有误，正确的解读应该是，该固态材料的密度比空气密度多出了0.16 mg/cm3.也就是说，用天平“测量”出该固体材料的质量后，测出的质量与该固体材料体积之比为0.16 mg/cm3.(需要注意的是，当被测物体密度与空气密度相比悬殊不大时，天平平衡后，由于受空气浮力的作用，右盘砝码的质量与左盘被测物体的质量将有较大的差距，所以比值“0.16 mg/cm3”将不等于“全碳气凝胶”这种物质的密度).

从网上关于这种新型材料的介绍来看，该材料是一种里面有大量气孔，内部的大部分空间被空气所占有的材料，由于能够大量吸收油脂而被称作“碳海绵”.因此，严格讲来，像这种“中空”的材料说其密度是不合适的，就像我们不能说一栋楼房的密度是多大一样.当然，如果把它作为混合物的话(新型材料与空气的混合物)，“平均密度”的叫法应该合适一些.

如果新闻报道中这种新型材料的密度指的是其平均密度(包含里面所含的空气)，并且是用传统的测量物质密度的方法“算”出来的话，假如质量的测量用的是托盘天平，那么，仅用体积为100 cm3的新型材料显然是无法进行测量的，因为将这么大的物体放在已调平的天平的左盘，右盘需要一个0.016 g的砝码与之平衡，不仅砝码盒中没有这么小的砝码，横梁标尺上的游码也不可能显示出如此小的读数来，因为一般托盘天平的感量最小的也为0.1 g.如果在题目条件的基础上，将新型材料“全碳气凝胶”的体积和质量均扩大10000倍——将体积为106cm3(即1 m3)的这种材料放在天平左盘时，右盘添加160 g的砝码，天平恰平衡，由于“全碳气凝胶”的密度与空气的密度非常接近，所以，受空气浮力的作用，在空气中已平衡的天平，左盘物体与右盘砝码的质量将不再相等，我们不妨将160 g称为该物体的“视质量”，那么其真实质量该是多大呢?

如果没有空气浮力的作用，已平衡的天平，左右两盘物体的质量一定相等(因为天平是一个等臂杠杆)，为了能够测出1 m3的“全碳气凝胶”的“准确质量”，我们可以将砝码盘中已与160 g砝码相平衡的该物体连同天平一起，放在一个大的玻璃钟罩里面，封闭之后用抽气机向外抽内部的空气(假设在抽气过程中，“全碳气凝胶”里面的空气不会因它外面气压的减小而“跑”出去).相对于1 m3这么大的物体，质量为160 g的砝码体积可以忽略不计，由于真空中的“全碳气凝胶”不再受空气浮力的作用，所以，在空气中平衡的天平将失去原有的平衡，放在左盘中的物体将会因不再受空气的浮力而下沉.由于1 m3的空气质量是1.29 kg，为了使真空环境下的天平横梁重新平衡，在天平的右盘需要再添加1.29 kg的砝码，故这体积为1 m3的“全碳气凝胶”的“准确质量”应该是1.29 kg+160 g=1.45 kg.因 此，这 材 料 的 密 度 为 1.45 kg ÷ 1 m3=1.45 kg/m3，该数据刚好比空气密度 1.29 kg/m3多出了0.16 mg/cm3.

所以，为避免自相矛盾的出现，本题应作如下修改:如图1所示，静止在花朵上的是一种叫“全碳气凝胶”的固体材料，它是我国科学家研制的迄今为止世界上最轻的材料(固体).一块体积为100 cm3的“全碳气凝胶”质量只有0.145 g，则它的密度为__________kg/m3.

在一些新闻报道中，我们有时会看到科学术语用得不规范，这尚有情可原.然而，作为选拔性很强的中考物理试卷出现如此问题实在是太不应该.中考试卷面向的是数以万计的学生.试卷题目的命题，应该慎之又慎.