题目内容

7.世界上第一颗原子弹爆炸时,距爆炸中心14km外的掩体内,费米和他的助手们正在观察试验情况.费米一看到爆炸发生,就迅速走出掩体,几十秒后当爆炸形成的强大热气流传过来时,费米把事先准备好的碎纸片从头顶上方撒下,碎纸片落到他身后约s=2m处.由此,费米推算出那枚原子弹的威力相当于1万吨TNT炸药.若假设纸片是从h=1.8m高处撒下,可估算出当时的风速约为v=3.3m/s;假设爆炸形成的气流向各个方向传播的速度大致相同,则离爆炸中心R=14km处仅单位时间内得到的风能总量就为$\frac{{π{R^2}ρ{s^3}g}}{h}\sqrt{\frac{g}{2h}}$(这空用所给字母h、s、R、ρ和重力加速度g表示).(已知空气密度为ρ=1.3kg/m3,球的表面积公式S=4πR2)

分析 本题中忽略碎纸片受到的空气阻力,认为其做平抛运动,根据高度求出运动的时间,结合水平位移求出初速度,从而得出风速.
根据动能表达式算离爆炸中心R=14km处仅单位时间内得到的风能总量E.

解答 解:根据h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$得:
t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×1.8}{10}}$=0.6s,
则有:v=$\frac{s}{t}$=$\frac{2}{0.6}$=3.3m/s.
假设爆炸形成的气流向各个方向传播的速度大致相同,则离爆炸中心R=14km处仅单位时间内得到的风能总量
E=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=$\frac{1}{2}$(ρV)v2=$\frac{1}{2}ρ$×4πR2×v×1×$(\frac{s}{t})^{2}$=$\frac{{π{R^2}ρ{s^3}g}}{h}\sqrt{\frac{g}{2h}}$
故答案为:3.3m/s、$\frac{{π{R^2}ρ{s^3}g}}{h}\sqrt{\frac{g}{2h}}$

点评 解决本题的关键忽略次要因素,认为碎纸片做平抛运动,结合平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律进行求解,注意单位时间内体积V=Sv.

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