Question

14．閱讀短文，回答問題：
孔明燈
    我國漢代發(fā)明了一種用做軍事信號的“孔明燈”，它其實就是一種燈籠．先用竹篾 成框架，再用薄紙糊嚴，并在下面留口．在燈籠的下部固定有燃料．點燃燃料后，當(dāng)燈籠內(nèi)的空氣被加熱到一定溫度時，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，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，燈罩內(nèi)的氣體密度小于燈罩外的氣體密度，此時燈受到的浮力大于（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)則運動會加快
D．燈內(nèi)火焰熄滅后，孔明燈不會立即下降
（4）環(huán)境溫度為20℃時，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動時所受重力和浮力的示意圖（不計空氣阻力）．
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫度為95℃時，空氣的密度為0.955 kg/m³．
（6）環(huán)境溫度為20℃時，文中孔明燈內(nèi)中空氣的溫度達到120℃時，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、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)律計算出空氣的密度；
（6）孔明燈飛起時，受到三個力的作用：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應(yīng)關(guān)系進行比較，確定熱空氣達到的溫度．

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、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)則運動會加快，故C正確；
D、燈內(nèi)火焰熄滅后，由于慣性會繼續(xù)升高，孔明燈不會立即下降，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，空氣的密度為0.955 kg/m³；
（6）當(dāng)孔明燈浮起時，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
此時的空氣密度為0.88kg/m³，由表知此時的溫度約為120℃．
故答案為：（1）小于；大于；（2）氫氣球；（3）B；（4）6；（5）0.955；（6）120．

點評 本題考查了物體的浮沉條件、浮力計算、受力分析、分析表中數(shù)據(jù)的能力．