Question

如图所示，轻绳的一端系在地上，另一端系着氢气球，氢气球重20N，空气对它的浮力恒为30N，由于受恒定水平风力作用，使系氢气球的轻绳和地面成53°角，（g取10m/s²）则：
（1）轻绳所受拉力为多少？水平风力为多少？
（2）若将轻绳剪断，氢气球的加速度为多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）对小球受力分析，受到重力、浮力、拉力和风的推力，根据平衡条件列式求解；
（2）轻绳剪断瞬间，拉力消失，重力、浮力和风的推力不变，三个力的合力和平衡时的拉力大小相等，方向相反，再根据牛顿第二定律列式求解加速度．
解答： 解：（1）设氢气球所受风力为F_风，轻绳拉力为F_拉．对氢气球进行受力分析，如图所示，根据氢气球处于平衡状态，所受合力为零．
F_浮-G-F_拉 sin53°=0
F_风-F_拉cos53°=0
解上两式得：
F_拉=12.5N
F_风=7.5N
即轻绳所受拉力为12.5N，水平风力为7.5N．
（2）轻绳剪断后，氢气球所受的合力大小F_合=12.5N
方向与原轻绳拉力方向相反．
由F_合=ma
得a=6.25m/s²
即氢气球的加速度为6.25m/s²．
点评：本题关键对气球受力分析，然后根据共点力平衡条件或牛顿第二定律列式求解．