Question

14．閱讀短文，回答問題：
孔明燈
    我國(guó)漢代發(fā)明了一種用做軍事信號(hào)的“孔明燈”，它其實(shí)就是一種燈籠．先用竹篾 成框架，再用薄紙糊嚴(yán)，并在下面留口．在燈籠的下部固定有燃料．點(diǎn)燃燃料后，當(dāng)燈籠內(nèi)的空氣被加熱到一定溫度時(shí)，燈籠就能騰空而起．
    某孔明燈，容積為0.5m³，材料的總質(zhì)量為160g．當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，空氣密度為1.2kg/m³，該孔明燈能沿豎直方向上升，如圖甲所示．g 取10N/kg．已知空氣密度和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表．

溫度/℃	90	100	110	120	130
密度ρ/（kg/m3）	0.97	0.94	0.91	0.88	0.85

（1）孔明燈勻速上升時(shí)，燈罩內(nèi)的氣體密度小于燈罩外的氣體密度，此時(shí)燈受到的浮力大于（以上兩空均選填“大于”、“小于”或“等于”）所用材料的重力．
（2）下列物體中，其升空原理與孔明燈相同的是氫氣球（選填“火箭’風(fēng)箏”或“氫氣球”）．
（3）下列關(guān)于孔明燈的說法中，錯(cuò)誤的是B．
A．孔明燈應(yīng)選用密度小的材料制作
B．孔明燈起飛前受到的浮力小于起飛后受到的浮力
C．燈籠內(nèi)的空氣被加熱后，空氣分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)加快
D．燈內(nèi)火焰熄滅后，孔明燈不會(huì)立即下降
（4）環(huán)境溫度為20℃時(shí)，文中孔明燈受到的空氣浮力為6N；并在圖乙中作出孔明燈豎直向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受重力和浮力的示意圖（不計(jì)空氣阻力）．
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫度為95℃時(shí)，空氣的密度為0.955 kg/m³．
（6）環(huán)境溫度為20℃時(shí)，文中孔明燈內(nèi)中空氣的溫度達(dá)到120℃時(shí)，孔明燈才能起飛（忽略燃料質(zhì)量的變化）．

Answer 1

分析 （1）氣體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，燈罩內(nèi)的氣體被加熱，體積膨脹，密度減小，小于燈罩外空氣的密度，使孔明燈受到空氣的浮力等于孔明燈自重，孔明燈就會(huì)勻速上升；
（2）氫氣球與孔明燈相類似；
（3）根據(jù)要求：飛得更高、更遠(yuǎn)、更安全，就要使燈罩的材料輕且不易燃燒；孔明燈起飛前浮力大；溫度越高浮力越大；一切物體都有慣性．
（4）已知20℃的空氣密度和孔明燈的體積，利用F_浮=ρgV計(jì)算孔明燈在空氣中受到的浮力，根據(jù)力的示意圖畫出物體受到的力．
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)的變化規(guī)律計(jì)算出空氣的密度；
（6）孔明燈飛起時(shí)，受到三個(gè)力的作用：空氣的浮力、燈的重力、燈內(nèi)熱空氣的重力，且浮力為兩個(gè)重力之和，據(jù)此得到熱空氣的重力；已知熱空氣的重力和孔明燈的體積，利用ρ=$\frac{G}{gV}$得到熱空氣的密度，將熱空氣的密度與密度與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行比較，確定熱空氣達(dá)到的溫度．

解答 解：（1）由于罩內(nèi)氣體的密度小于燈罩外空氣的密度，使得孔明燈受到空氣的浮力大于材料受到的重力，所以孔明燈上升；
（2）氫氣球和孔明燈升空原理一樣是浮力大于重力；
（3）A、孔明燈為了飛得更高、更遠(yuǎn)、更安全，就要使燈罩的材料輕且不易燃燒，故A正確
B、孔明燈起飛前浮力大于重力，起飛后浮力等于重力，故B錯(cuò)誤；
C、燈籠內(nèi)的空氣被加熱后，溫度升高，空氣分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)加快，故C正確；
D、燈內(nèi)火焰熄滅后，由于慣性會(huì)繼續(xù)升高，孔明燈不會(huì)立即下降，故D正確．
故選B．
（4）F_浮=ρ_空gV=1.2kg/m³×10N/kg×0.5m³=6N，G=mg=0.16kg×10N/kg=1.6N，受力示意圖如圖所示：

（5）由表中數(shù)據(jù)可知，由空氣密度和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系知，溫度升高10℃，空氣密度減小0.03kg/m³
因此當(dāng)溫度為95℃時(shí)，空氣的密度為0.955 kg/m³；
（6）當(dāng)孔明燈浮起時(shí)，說明受到的空氣浮力剛好等于燈重與燈內(nèi)熱空氣重力之和．
即F_浮=G_燈+G_熱
6N=1.6N+G_熱
4.4N=ρ_熱gV
ρ_熱=$\frac{4.4N}{10N/kg×0.5{m}^{3}}$=0.88kg/m³
此時(shí)的空氣密度為0.88kg/m³，由表知此時(shí)的溫度約為120℃．
故答案為：（1）小于；大于；（2）氫氣球；（3）B；（4）6；（5）0.955；（6）120．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物體的浮沉條件、浮力計(jì)算、受力分析、分析表中數(shù)據(jù)的能力．