孔明灯的原理_高中物理

　　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。

　　由浮沉条件可知，只有满足：

　　F浮>G总=G热空气+G灯

　　即：G灯

　　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？

　　G灯

　　G灯<(ρ空气-ρ热空气)gV排，

　　m灯<(ρ空气-ρ热空气)V排， (1)

　　空气的密度可由理想气体状态方程得出。

　　把(2)式代入(1)式可得

　　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。

　　具体数据估算如下：

　　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℃)；ρ空气=0.029kg/mol.代入(3)式得：

　　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。

　　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：

　　即热空气温度只要升高到88℃，孔明灯即可上升。

　　仍按上述条件，若孔明灯质量

　　即m灯≥23.56g，则无论热空气温度升到多高也飞不起来。

　　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。

孔明灯的原理