Question

【題目】閱讀短文，回答問題：

“圓夢”號飛艇

我國研發的平流層飛艇“圓夢”號(如圖甲)已首飛成功，飛艇依靠浮力可升到20km高的平流層，其推進系統由太陽能電廠提供能量，推進器產生的推力與氣流對飛艇的水平作用力平衡，可使飛艇長時間懸停。

平流層飛艇探測范圍與高度的關系如表一所示：

飛行高度/km	20	40	50	80	100
探測范圍半徑/km	194	347	414	589	695

飛艇飛行時所受的空氣阻力與風速的關系如表二所示：

平流層風速v/m·s-1	0	10	20	30	40
空氣阻力f/N	0	90	360	810	1440

(1)飛艇球囊的外殼應選用密度較_________的材料制成。

(2)下列飛行器件中，其升空原理與飛艇相同的是_________；

A.孔明燈 B.飛機 C.火箭 D.風箏

(3)飛艇氣囊內的氣體密度比艇外的空氣密度_________，當熱氣球總重力(含球囊內的空氣) _________浮力時，熱氣球從地面開始升空。

(4)飛艇從近地面升到平流高空的過程中，所受大氣壓將_________，探測范圍將_________； (以上兩空均選填“變大”“變小”或“不變”)

(5)若飛艇的氣囊體積為3span>l04m3，則飛艇在平流層受到的浮力約為_________N，平流層空氣密度取 0.06kg/m3(g 取10N/kg)

(6)若飛艇從足夠高處勻速豎直下降時，一重物從氣球上掉下，隨后飛艇將______(填運動情況).

(7)飛艇推進器的功效(功效是指推進器的推力與功率的比值)為0.01N/W，當飛艇推進器的功率為2.025104W時，平流層風速為_________m/s.

Answer 1

【答案】小 A 小 小于 變小 變大 1.8×104 先減速下降后加速上升 15

【解析】

第一空．為不至使飛艇過重，相同體積時，密度越小，質量越小，重力越小，飛艇球囊的外殼應選用密度較小的材料制成。

第二空．飛艇充入的氣體密度比空氣小時，ρ物 ＜ ρ空 ，空氣對它的浮力大于重力，所以氣球可以升入高空.

A.孔明燈升空是因為燈內氣體受熱膨脹，密度減小，浮力大于重力而升空的；

B. 飛機的機翼為上凸型,當飛機向前運動氣流通過機翼的時候,在相同的時間內上方的氣流走過的路程長所以速度快,空氣流速越大壓強越小,所以會產生一個向上的升力,飛機便上升

C. 火箭內的燃料燃燒時產生高溫高壓氣體向下噴射，力的作用是相互的，火箭同時受到相反的作用力而飛上天

D. 風箏在空中飛行時，風箏上方的空氣流速大壓強小，風箏下方的空氣流速小壓強大。風箏上下方所受到的壓力差形成向上的升力；

故升空原理與飛艇相同的是A孔明燈。

第三空．飛艇是利用它們在空氣中的浮力來工作的; 飛艇內的氣體密度小于空氣的密度時，熱氣球從地面開始升空；

第四空．由阿基米德原理F浮=ρ空氣gV排與G艇=ρ艇gV艇比較可知：

V排=V艇, ρ空氣ρ艇，則F浮>G艇，飛艇才可以升空；

第五空．飛艇從近地面升到平流高空的過程中，高空空氣密度小，所受大氣壓將減小；

第六空．由表一知，隨高度上升，探測范圍將變大。

第七空．飛艇在平流層受到的浮力：

F浮=ρ空氣gV排=0.06kg/m3×10N/kg×3×104m3=1.8×104N；

第八空．若飛艇從足夠高處勻速豎直下降時，浮力等于重力，一重物從氣球上掉下，浮力不變，重力減小，浮力大于重力，飛艇將減速下降直到速度為零后又加速上升。

第九空．飛艇懸停在空中，因此飛艇受到的水平推力和阻力是一對平衡力，

由題意可得 =0.01N/W，

當飛艇推進器的功率為P=2.025×104W時

則此時飛艇推進器的推力為：

F=0.01N/WP=0.01N/W2.025×104W=202.5N;

由表二可以看出，飛艇飛行時所受的空氣阻力與風速的平方成正比，即f=kv2,

當v=10m/s時，空氣阻力f=90N,

即90N=k(10m/s)2，

解得k=,即f=v2,

當f=F=202.5N時，

風速v= ==15m/s.