题目内容

5.一只气象探测气球,球壳及所载仪器的总质量为2.4kg,球内所充气体为氢气,已知氢气的密度为0.09kg/m3,空气密度为1.29kg/m3.为使这个气球升高,不计球壳的体积,则球内所充氢气的体积至少为多少?

分析 氢气球排开空气的体积与自身的体积相同,即氢气体积等于空气体积,V氢气=V空气,(其他设备体积均不计).
要使气球升空,其所受浮力应等于球及仪器的总重力mg与所充氢气重力这和.可得ρ空气gV空气氢气gV氢气+mg.再解即可得出答案.

解答 解:要使气球升空,其所受浮力应等于球及仪器的总重力,由氢气球排开空气的体积与自身的体积相同,
气球受到的浮力F空气gV空气
气球内氢气的重力G氢气=mg=ρ氢气gV氢气
球壳及所载仪器的重力G=mg,
则有:ρ空气gV空气氢气gV氢气+mg,
ρ空气V空气氢气V氢气+m
将氢气球的密度为0.09kg/m3,空气的密度为1.29kg/m3,气球所载仪器及球皮的总质量为2.4kg等数据代入,
1.29kg/m3×V空气=0.09kg/m3×V氢气+×2.4kg,
解得V氢气=2m3
答:球内所充氢气的体积至少2m3

点评 本题考查了重力的计算、浮力的计算、力的合成,能对气球做出正确的受力分析得出F=G氢气+G是此题的突破点,本题的关键是公式及其变形的灵活运用;难点是对物体进行受力分析.

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