题目内容

(9分)如图所示,有一热气球,球的下端有一小口,使球内外的空气可以流通,以保持球内外压强相等,球内有温度调节器,以便调节球内空气的温度,使气球可以上升或下降,设气球的总体积V=500m(球壳体积忽略不计),除球内空气外,气球质量M=180kg。已知地球表面大气温度T=280K,密度ρ=1.20kg/m,如果把大气视为理想气体,它的组成和温度几乎不随高度变化。

Ⅰ.为使气球从地面飘起,球内气温最低必须加热到多少?
Ⅱ.当球内温度为480K时,气球上升的加速度多大?

Ⅰ.   Ⅱ

解析试题分析:Ⅰ. 设气球刚好从地面飘起时气球内的气体温度为,密度为,则气球升起时,浮力等于气球和内部气体的总重力即
由于气球内的气体温度升高时,压强并没有变化,那么原来的气体温度升高后体积设为,根据质量相等,则有
原来的气体温度升高后,压强不变,体积从变为,根据理想气体状态方程则有
整理可得
Ⅱ。当球内温度为480K时,气球升高前体积,温度密度的气体变为体积温度等于密度的气体,则有计算得
对气球受到自身重力,空气浮力,根据牛顿第二定律有
解得
考点:理想气体状态方程

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