Question

【題目】近期在日本召開了以美歐日等國的“七國峰會”，在會上日本兩次無理提出了我國南海問題。為了捍衛(wèi)國家主權，我軍派調排水量達67500t的“遼寧”號航空母艦加強了對南海黃巖島等島嶼的巡邏。如圖甲是遼寧號航空母艦的圖片，遼寧號航空母艦以重油（原油提出汽油、柴油后剩余的重質油）為燃料。總功率1.5×108W，最大艦長304米，艦寬70.5米，飛行甲板長300米、寬70米，最高航速約54km/h．我國獨立自主研發(fā)的航母艦載飛機﹣殲﹣15首次成功降落在“遼寧艦”甲板上（如圖乙所示）．（g＝10N/kg、水的密度為1×103kg/m3）問：（寫出計算過程。）

（1）該航母訓練平臺上雖然沒有幫助飛機起飛的彈射裝置，但飛機跑道前端設計了向上翹起的滑躍式甲板，同時在飛機的尾噴管后安裝一塊阻擋噴出的氣體的擋板。如圖丙所示。擋板能起到幫助飛機起飛的作用是因為_____；艦載機為了順利升空，最好是_____（選填“順風”、“逆風”或“無風”）時起飛。

（2）航空母艦滿載時受到浮力為多少______？

（3）如果航母總功率全部用來提供它向前的牽引力。當航母以最高航速54km/h 航行1小時，它產(chǎn)生的牽引力是多少_____？若這種狀態(tài)下勻速航行1000km，航母發(fā)動機的效率為25%，至少需要燃燒多少千克的重油______？（重油的熱值為4.0×107J/kg．）

（4）在某次巡邏演習中雷達發(fā)現(xiàn)假想敵潛艇在15海里外的水下10m處潛行。4架殲﹣15立即升空投下重量為100kg的感應式淺水水雷攻擊，并成功將敵潛艇擊沉。如圖丁為感應式淺水水雷在水中待命時示意圖，假設欲使水雷懸浮在水中，需在其下方用細繩懸掛一個密度為5×l03kg/m3、質量為31.25kg的物體，求水雷的密度______？（細繩的體積和質量忽略不計）

Answer 1

【答案】物體間力的作用是相互的 逆風 6.75×108N 1×107N 1×106 0.8×103kg/m3

【解析】

（1）因為物體間力的作用是相互的，因此擋板能起到幫助飛機起飛的作用；

飛機的機翼通常都做成上凸下平的形狀，飛機在長長的跑道上加速滑行時，流過機翼上方的空氣速度快，流過機翼下方的空氣流速慢，機翼上下方所受空氣的壓力差形成向上的升力；當飛機滑行的速度達到一定值時，機翼所受的升力大于飛機自身的重力，飛機就起飛了。

但航母上的跑道不可能很長，飛機逆風起飛時飛機的速度不需要加速到很大，飛機就可相對空氣有一個較大的相對速度，從而獲得足夠的升力，所以艦載機為了順利升空，最好是逆風起飛。

（2）由阿基米德原理可得，航空母艦滿載時受到的浮力：

F浮＝G排＝m排g＝6.75×107kg×10N/kg＝6.75×108N；

（3）航母的最高航速v＝54km/h＝15m/s，

由P＝＝＝Fv可得，它產(chǎn)生的牽引力：

F＝＝＝1×107N；

在這種狀態(tài)下勻速航行1000km，牽引力做的功（有用能量）：

W＝Fs＝1×107N×1000×103m＝1×1013J；

航母發(fā)動機的效率η＝25%，由η＝可得，重油完全燃燒放出的熱量：

Q放＝＝＝4×1013J，

由Q放＝mq可得，至少需要燃燒重油的質量：

m＝＝＝1×106kg。

（4）由ρ＝可得，物體的體積：

V物＝＝＝6.25×10﹣3m3；

在水雷下方懸掛一物體，使水雷懸浮在水中，水雷和物體一起浸沒在水中處于靜止狀態(tài)，把水雷和物體看作一個整體，故它們受到的總浮力等于總重力；

水雷和物體一起浸沒在水中時，排開水的總體積：V排總＝V水雷+V物；

根據(jù)力的平衡條件有：F浮總＝G總，

即：ρ水g（V水雷+V物）＝（m水雷+m物）g；

代入數(shù)據(jù)有：1.0×103kg/m3×10N/kg×（V水雷+6.25×10﹣3m3）＝（100kg+31.25kg）×10N/kg，

解得：V水雷＝0.125m3 ；

則水雷的密度：ρ水雷＝＝═0.8×103kg/m3 。