Question

【題目】2015年10月，我國研發(fā)的平流層飛艇“圓夢”號（如圖甲）首飛成功．飛艇依靠浮力可升到20km高的平流層，其推進(jìn)系統(tǒng)有太陽能電池提供能量．推進(jìn)器產(chǎn)生的推力與氣流對飛艇的水平作用力平衡，可使飛艇長時(shí)間懸停．
（1）飛艇氣囊內(nèi)的氣體密度比艇外的空氣密度 ． 若飛艇的氣囊體積為3×104m3 ， 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）
（2）飛艇懸停時(shí)，推進(jìn)器將空氣推向后方獲得向前的推力，說明；飛艇所受的空氣阻力與風(fēng)速的關(guān)系如圖乙，推進(jìn)器的功效（功效是指推進(jìn)器的推力與功率的比值）為0.01N/W，當(dāng)平流層風(fēng)速為40m/s時(shí)，飛艇推進(jìn)器的功率為W．

Answer 1

【答案】
（1）小；1.8×104
（2）力的作用是相互的；1.44×105
【解析】解：（1）飛艇是利用它們在空氣中的浮力來工作的；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：在V排=V艇的條件下，要使F浮＞G艇 ， 只有當(dāng)飛艇內(nèi)的氣體密度小于空氣的密度時(shí)，才可以升空； 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；（2）飛艇懸停時(shí)，推進(jìn)器向后推動空氣，對空氣施加力的作用，由于物體間力的作用是相互的，因此空氣對飛艇施加向前的反作用力，飛艇就前進(jìn)了；
由乙圖可知，當(dāng)v2=400m2/s2時(shí)，飛艇受到的阻力f=360N，
設(shè)平流層風(fēng)速為v′=40m/s時(shí)，飛艇受到的阻力為f′，
由乙圖可知，飛艇所受的空氣阻力f與速度的平方v2成正比，
則有： = ，即 = =4，
所以，當(dāng)平流層風(fēng)速為40m/s時(shí)，飛艇受到的阻力f′=4×360N=1440N；
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，
所以，水平推力：F=f′=1440N；
由題意可得 =0.01N/W，則此時(shí)飛艇推進(jìn)器的功率為：
P= = =1.44×105W．
所以答案是：（1）小；1.8×104；（2）力的作用是相互的；1.44×105 ．
【考點(diǎn)精析】通過靈活運(yùn)用力的作用相互性和阿基米德原理，掌握只有一個(gè)物體不能產(chǎn)生力，物體與物體間力的作用是相互的．注意： 1、不直接接觸的兩個(gè)物體之間也能夠產(chǎn)生力．2、兩個(gè)物體相互接觸不一定會產(chǎn)生力．3、兩個(gè)物體不相互作用，就一定不會產(chǎn)生力；阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力．這個(gè)規(guī)律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排即可以解答此題．