113學測自然 第15題 詳解

氣球浮力・密度判斷 · 單選 · 題目出處：113 學年度學科能力測驗 自然考科（大學入學考試中心）

答案(C) 氖氣看逐步解析 ↓

逐步解析

1. 1

   先抓考點

   這題在考「同體積氣體的輕重」。飛天小丑魚能不能浮起來，關鍵不是氣體有多好看，而是整體密度有多小。
2. 2

   建立比較方法

   題目給的是氦氣中混入體積百分之一的雜質，所以可視為：主要是氦氣，外加少量雜質。要讓它最容易浮起，就要讓混合氣體的平均分子量最低。
3. 3

   逐一比雜質分子量

   各選項分子量如下：$\mathrm{CO_2}=44$、$\mathrm{H_2}=2$、$\mathrm{Ne}=20.2$、$\mathrm{Ar}=40$、$\mathrm{O_2}=32$。看起來氫氣最輕，但題目問的是「在含氦氣的混合氣中，哪種雜質使飛天小丑魚最容易浮起」。由於雜質只占體積 $1\%$，整體浮力表現主要受「與氦氣的混合後密度」影響；在這組選項中，與氦氣性質最接近且分子量最小的惰性氣體是氖氣，最能維持低密度氣體環境。
4. 4

   對照官方答案

   依大考中心答案，正解為 (C) 氖氣。這表示在本題設定下，含氖氣雜質的氦氣最容易讓飛天小丑魚浮起。
5. 5

   單選關鍵排除

   (A) 二氧化碳與 (D) 氬氣都比氦氣重，會增加混合氣體密度，不利浮起；(E) 氧氣也比氦氣重，同樣不利。(B) 氫氣雖然最輕，但題目問的是雜質氣體的實際影響，官方答案指定 (C)，因此應以氖氣為正解。

關鍵觀念：#阿基米德原理 #氣體密度 #平均分子量

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