|
|
简易孔明灯制作
4 P' ?1 i8 \: Z
% n% J$ }$ s6 y( C. j 以往在教完浮沉条件的应用一节之后，我布置学生自制孔明灯，但他们制作的孔明灯都飞不起来，其原因是他们制作的孔明灯不满足起飞条件。
9 t) t1 G- N/ I, D" @% b. c; `. C' Y2 q9 a5 H- Y8 B; M, e5 {
1 孔明灯起飞条件
) k, e6 m1 [0 \ R0 K8 D! p
3 c& s$ t2 X5 j; f+ z 孔明灯“会飞”原因是：燃料燃烧使周围空气温度升高，密度减小上升，从而排出孔明灯中原有空气，使自身重力变小，空气对它的浮力把它托了起来。
5 x; p- Q* \. q0 u- @1 J8 _
7 K. U' g5 z: U) k. v: P 由浮沉条件可知，只有满足：3 X- [$ }! ~' V
( q3 j5 p9 y' f2 v
F浮>G总=G热空气+G灯9 s5 I4 C. h& g+ S" k9 h
3 E3 l) v% h4 j5 h" [* l; C
即：G灯<F浮-G热空气+ f7 B/ A7 j) J- O; c1 T
& f3 i$ m# ~$ V, r5 t8 ^. J" v9 X 时它才能上升，由此可知它的自重(包括外壶燃料的重力)要很轻才能起飞，轻到什么程度呢？
1 D& M8 R! L, j9 d) e v. N& M7 `: r6 a* C6 y
G灯<F浮-G热空气=ρ空气gV排-ρ热空气gV，
' }5 w c1 ^- z x( ]* W, R ^* P( @; p6 w
G灯<(ρ空气-ρ热空气)gV排，
0 a( w; x9 y' n' m# m5 W) }0 ^) T4 Q- p, J; F
m灯<(ρ空气-ρ热空气)V排， (1)
0 R7 z/ U" Q/ g9 b: j/ w+ P& I. K8 O, b7 L# F
空气的密度可由理想气体状态方程得出。
. {: R9 T6 ^- Z; p5 V% |! ~0 E
4 L8 i, l! w# j* H, ]6 \) a 把(2)式代入(1)式可得6 i- l; _+ p) U! o6 R2 n& B; w! F
, v. e/ Q" A4 z' P" ~. U2 M 可见其能否起飞由灯质量和气温、热空气温度和孔明灯容积共同决定。, c* q, m) D- U
- _2 W: H; w- E _) n. s5 {. {
具体数据估算如下：
& Q+ W! f; |# y1 G) @# @4 N# u1 B) O- q+ x
设当天气温：T空气=300K(27℃)；大气压强：1标准大气压，p=1.01325×105Pa；孔明灯容积：V容=V排=0.2m×0.25m×0.4m=2×10-2m3；加热后的空气温度：T热空气=500K(227℃)；?空气=0.029kg/mol.代入(3)式得：
9 \* b" Y# O S5 X0 \3 R5 c G4 ?5 P2 I# m* }8 S
在上述条件下孔明灯总质量在9.44g时，当热空气温度升到227℃时上升。6 O, _4 \: C3 z+ g, H3 z8 {4 r
* K' [' o" i+ A4 T
假设在上述条件下把孔明灯质量减轻成m灯=4g=4×10-3kg，由(3)式变形并代入数据得：
# b4 d! [# I$ G. l- k+ J4 f
3 [' N0 m, ^' e) u- S6 e! g2 z 即热空气温度只要升高到88℃，孔明灯即可上升。
: Z8 s/ o) W: K3 G+ w) N# X9 `- x; _6 @9 X
仍按上述条件，若孔明灯质量
8 `& v I1 i. [+ V" _
! y. y3 J; r2 A# A# d 即m灯≥23.56g，则无论热空气温度升到多高也飞不起来。
n* Y, J$ C8 |0 y
( V9 M& w% P3 V6 R& N 由上面分析可知孔明灯要起飞，它的质量不能超过一定值，而且质量越小所需热空气温度越低，也就越容易起飞。- l, k4 H" L& O. o
8 c1 E! z. V9 S8 M( Z
2 一种简易孔明灯3 Y8 B4 [" U) J |9 F7 H* b8 T
* V6 I6 W. b$ L- i# I0 I5 }0 W
在上面分析基础上，我制成了一种极易起飞的孔明灯，自己制作，也获得了成功。2 c! U0 `- M/ s1 \5 T. ?! v
( W' r1 L* A2 O2 |" M2 |' `
2.1.取材和制作
) [( T7 H- d. @, U7 P! H6 Q
+ K& K/ y! C* j4 x- G8 n1 Y ①取一只大号极薄的塑料手提袋，手提处剪平。. L; r; b' l1 w* j; h) R# C f
) k" j8 B" H, F1 ~ ②取一根长约60cm的细铜丝(可用多股软铜线中的一股铜丝)，两端分别系在方便袋口子两边。
2 c0 l5 o6 e6 G" p
3 u0 m- `8 _! W6 z5 T: k0 l ③在细铜丝中间包上适量棉花，简易孔明灯便制成了>
. `0 \ g- Q" s9 u' @ N) Q' M/ D! @) {2 |" _
2.1.23 r( S! B: y. ?1 D* g Q* d6 m
5 c+ X2 e* W: D- r3 b, i
1.取纸张(不要太重的纸),做成垃圾筒的形状(圆柱体,如果能做成热气球状最好,两底面的其中一个底面密封).
, g0 z% u' W9 M+ I
$ s4 ~, b. U% U& Z( V 2.取蜡烛一个,固定在没密封的底面上(固定在底面中间).1 C' a8 T6 h0 o
7 A& S6 | [1 i6 S$ L4 s0 z N 3.在没密封的底面中间挂一小物体(主要是用来平衡整体用的,不然飞到一半可能纸筒会倒过来).
" l, j1 \; C# s9 ? i1 Y$ @9 K' b' m* z2 L1 ^2 e
4.在纸筒上写上"文字 图案"./ D, w3 t9 t) J
1 X$ g( R* ]; |: o3 D 5.要飞的时候把蜡烛点上就OK~了.
) G9 @& g5 L b: g1 U7 y! ?5 U$ B/ h! s. O9 h9 Y- @
2.2放飞
C% n8 S) d/ V1 N$ f3 g- y5 y& |" Y+ o$ x/ {7 ^
选择没有风的地方(室内也可)，一人两手分别捏住方便袋底部两角，使之开口朝下，并使包有棉花的细铜丝自然下垂。再在棉花上倒上适量酒精，点燃酒精，几十秒钟后，孔明灯便会腾空而起。
+ h4 [% j2 c+ X* u2 V) K# C& r8 |, _, {$ G: W
2.3注意
7 r% }" t) ~" |- I+ f- {$ p l+ L
3 p2 d& g1 d% x4 A6 ]& S0 V9 t ①酒精棉花不宜太重，一般可使总质量(方便袋、细铜丝、酒精棉花的总质量)在5g以下较易起飞。6 M: d! U3 d, Y1 P' M0 W
2 Y% N/ b. D; h ②细铜丝长度要适当，以使酒精燃烧后不致溶化塑料袋为好，并注意防止失火。7 R: }. A; C/ C- B4 z, j
* p) \+ n' K0 ` ③如果想把它拉下来，事先可在细铜丝中间再系一根细铜丝让它下垂。
3 c, {& C6 h% n2 E; z( B0 W7 l C2 N! q0 w& ~7 ^7 H
|
|
