Question

【题目】阅读短文，回答问题：

“圆梦”号飞艇

我国研发的平流层飞艇“圆梦”号(如图甲)已首飞成功，飞艇依靠浮力可升到20km高的平流层，其推进系统由太阳能电厂提供能量，推进器产生的推力与气流对飞艇的水平作用力平衡，可使飞艇长时间悬停。

平流层飞艇探测范围与高度的关系如表一所示：

飞行高度/km	20	40	50	80	100
探测范围半径/km	194	347	414	589	695

飞艇飞行时所受的空气阻力与风速的关系如表二所示：

平流层风速v/m·s-1	0	10	20	30	40
空气阻力f/N	0	90	360	810	1440

(1)飞艇球囊的外壳应选用密度较_________的材料制成。

(2)下列飞行器件中，其升空原理与飞艇相同的是_________；

A.孔明灯 B.飞机 C.火箭 D.风筝

(3)飞艇气囊内的气体密度比艇外的空气密度_________，当热气球总重力(含球囊内的空气) _________浮力时，热气球从地面开始升空。

(4)飞艇从近地面升到平流高空的过程中，所受大气压将_________，探测范围将_________； (以上两空均选填“变大”“变小”或“不变”)

(5)若飞艇的气囊体积为3span>l04m3，则飞艇在平流层受到的浮力约为_________N，平流层空气密度取 0.06kg/m3(g 取10N/kg)

(6)若飞艇从足够高处匀速竖直下降时，一重物从气球上掉下，随后飞艇将______(填运动情况).

(7)飞艇推进器的功效(功效是指推进器的推力与功率的比值)为0.01N/W，当飞艇推进器的功率为2.025104W时，平流层风速为_________m/s.

Answer 1

【答案】小 A 小 小于 变小 变大 1.8×104 先减速下降后加速上升 15

【解析】

第一空．为不至使飞艇过重，相同体积时，密度越小，质量越小，重力越小，飞艇球囊的外壳应选用密度较小的材料制成。

第二空．飞艇充入的气体密度比空气小时，ρ物 ＜ ρ空 ，空气对它的浮力大于重力，所以气球可以升入高空.

A.孔明灯升空是因为灯内气体受热膨胀，密度减小，浮力大于重力而升空的；

B. 飞机的机翼为上凸型,当飞机向前运动气流通过机翼的时候,在相同的时间内上方的气流走过的路程长所以速度快,空气流速越大压强越小,所以会产生一个向上的升力,飞机便上升

C. 火箭内的燃料燃烧时产生高温高压气体向下喷射，力的作用是相互的，火箭同时受到相反的作用力而飞上天

D. 风筝在空中飞行时，风筝上方的空气流速大压强小，风筝下方的空气流速小压强大。风筝上下方所受到的压力差形成向上的升力；

故升空原理与飞艇相同的是A孔明灯。

第三空．飞艇是利用它们在空气中的浮力来工作的; 飞艇内的气体密度小于空气的密度时，热气球从地面开始升空；

第四空．由阿基米德原理F浮=ρ空气gV排与G艇=ρ艇gV艇比较可知：

V排=V艇, ρ空气ρ艇，则F浮>G艇，飞艇才可以升空；

第五空．飞艇从近地面升到平流高空的过程中，高空空气密度小，所受大气压将减小；

第六空．由表一知，随高度上升，探测范围将变大。

第七空．飞艇在平流层受到的浮力：

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

第八空．若飞艇从足够高处匀速竖直下降时，浮力等于重力，一重物从气球上掉下，浮力不变，重力减小，浮力大于重力，飞艇将减速下降直到速度为零后又加速上升。

第九空．飞艇悬停在空中，因此飞艇受到的水平推力和阻力是一对平衡力，

由题意可得 =0.01N/W，

当飞艇推进器的功率为P=2.025×104W时

则此时飞艇推进器的推力为：

F=0.01N/WP=0.01N/W2.025×104W=202.5N;

由表二可以看出，飞艇飞行时所受的空气阻力与风速的平方成正比，即f=kv2,

当v=10m/s时，空气阻力f=90N,

即90N=k(10m/s)2，

解得k=,即f=v2,

当f=F=202.5N时，

风速v= ==15m/s.