Question

【题目】2015年10月，我国研发的平流层飞艇“圆梦”号（如图甲）首飞成功．飞艇依靠浮力可升到20km高的平流层，其推进系统有太阳能电池提供能量．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．
（1）飞艇气囊内的气体密度比艇外的空气密度 ． 若飞艇的气囊体积为3×104m3 ， 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）
（2）飞艇悬停时，推进器将空气推向后方获得向前的推力，说明；飞艇所受的空气阻力与风速的关系如图乙，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，当平流层风速为40m/s时，飞艇推进器的功率为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）飞艇是利用它们在空气中的浮力来工作的；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：在V排=V艇的条件下，要使F浮＞G艇 ， 只有当飞艇内的气体密度小于空气的密度时，才可以升空； 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；（2）飞艇悬停时，推进器向后推动空气，对空气施加力的作用，由于物体间力的作用是相互的，因此空气对飞艇施加向前的反作用力，飞艇就前进了；
由乙图可知，当v2=400m2/s2时，飞艇受到的阻力f=360N，
设平流层风速为v′=40m/s时，飞艇受到的阻力为f′，
由乙图可知，飞艇所受的空气阻力f与速度的平方v2成正比，
则有： = ，即 = =4，
所以，当平流层风速为40m/s时，飞艇受到的阻力f′=4×360N=1440N；
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，
所以，水平推力：F=f′=1440N；
由题意可得 =0.01N/W，则此时飞艇推进器的功率为：
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 ．
【考点精析】通过灵活运用力的作用相互性和阿基米德原理，掌握只有一个物体不能产生力，物体与物体间力的作用是相互的．注意： 1、不直接接触的两个物体之间也能够产生力．2、两个物体相互接触不一定会产生力．3、两个物体不相互作用，就一定不会产生力；阿基米德原理：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力．这个规律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排即可以解答此题．