Question

13．一个体积为5升的氢气球，皮重（不包括里面氢气）为1.055×10^-2牛，要用多大力拉住它才能使气球不会飞向空中？（ρ_空气=1.29千克/米³，ρ_氢气=0.09千克/米³，g=10N/kg）

Answer 1

分析 此题中氢气球受到的竖直向上的浮力F_浮（利用F_浮=ρgV_排求出）应与它受到竖直向下的氢气的重力G_氢气（利用G=mg、ρ=$\frac{m}{V}$求出）、球壳的重力G_壳和所需最小拉力F这三个力的合力平衡．据此解答即可．

解答 解：因为G=mg、ρ=$\frac{m}{V}$，
所以氢气球内氢气的重力：
G_氢气=ρ_氢气gV_球=0.09kg/m³×10N/kg×5×10^-3m³=4.5×10^-4N，
则氢气球的总重力：
G_总=G_壳+G_氢气=1.055×10^-2N+4.5×10^-3N=1.1×10^-2N，
氢气球浸没在空气中，排开空气的体积V_排=V=5×10^-3m³，
则氢气球受到的浮力：
F_浮=ρ_空气gV_排=1.29kg/m³×10N/kg×5×10^-3m³=6.45×10^-2N，
则氢气球受到的拉力应该等于其受到的浮力与总重力之差，
甲F_拉=F_浮-G_总=6.45×10^-2N-1.1×10^-2N=5.35×10^-2N．
答：要用5.35×10^-2N的力拉住它才能使气球不会飞向空中．

点评 此题考查浮力的大小计算和力的合成，应注意挖掘题目中的隐含条件，如氢气的体积等于氢气球的体积，氢气球排开空气的体积等于其自身体积等．