题目内容

2.如图所示为用薄纸制成的孔明灯,所用材料质量为50g,容积为1m3,空气的密度为 1.29kg/m3,则孔明灯的总重为13.4N.点燃灯笼下端小碟内的松脂,加热灯笼内部的空气,使重力减小(选填“重力减小”或“浮力增大”),当浮力大于重力时,孔明灯就腾空而起.当孔明灯内热空气的密度为1.24kg/m3时,孔明灯恰好能悬浮在空中.(不考虑松脂质量的减少,物体在空气中受到的浮力也可用阿基米德原理计算)

分析 (1)已知孔明灯的容积和空气的密度,可以得到孔明灯内空气的质量,进而得到空气的重力;知道材料质量,可求材料重,进而求出总重;
(2)使容器中空气减少最直接的方法:加热使气体膨胀,溢出空气;
(3)物体悬浮的条件是:受到的浮力等于物体的重力.求出空气重力,可知其质量,体积不变,然后利用密度公式求解.

解答 解:
(1)由ρ=$\frac{m}{V}$可得孔明灯内空气的质量:
m=ρV=1.29kg/m3×1m3=1.29kg,
空气重力为G=mg=1.29kg×10N/kg=12.9N;
孔明灯材料重力G0=m0g=0.05kg×10N/kg=0.5N;
孔明灯的总重:
G总=G+G0=12.9N+0.5N=13.4N;
(2)为了使容器悬浮在空中,根据物体热胀冷缩的性质,需要采用加热使气体膨胀,溢出空气的方法使容器内空气重力减少;
(3)容器在空气中受到的浮力:
F浮=ρ空气gV=1.29kg/m3×10N/kg×1m3=12.9N,
孔明灯材料重力:
G0=m0g=0.05kg×10N/kg=0.5N,
要使容器悬浮在空气中,G总′=F浮 ,
此时孔明灯内的空气重力:
G′=12.9N-0.5N=12.4N
此时孔明灯内的空气的质量m′=$\frac{G′}{g}$=$\frac{12.4N}{10N/kg}$=1.24kg,
则此时空气密度:
ρ′=$\frac{m′}{V}$=$\frac{1.24kg}{1{m}^{3}}$=1.24kg/m3.
故答案为:13.4;重力减小;1.24.

点评 此题考查了质量、重力的计算、悬浮的条件和应用、阿基米德原理和二力平衡的条件等内容,涵盖了力学较多的知识点,综合性较强,有一定的难度.

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