Question

航空母舰作为海洋远程作战的现代大型舰船，备受各国海军青睐．我国有能力建造现代航母，我国准备设计建造一艘航母，请你解答下列问题：
（1）一艘排水量为8×10⁴吨的航母在海面上航行受到的浮力是多少？航母上50架20吨舰载飞机全部起飞后，航母会上浮一些，它排开海水的体积会减少多少？
（2）航母的总功率相当5万辆功率为60kW的小汽车的功率之和，若航母以45km/h的速度匀速航行，航母受到水的平均阻力是多大？
（3）一艘核动力航母在海上航行25年不用加油，请问它会利用什么作燃料？它的核心装置是什么？使用这种燃料有何优点？

Answer 1

分析：（1）轮船在海面上航行时一直处于漂浮状态，受到的浮力等于排开的海水的重力；航母上的飞机起飞后，航母的总重力变小，受到的浮力会减小．
（2）已知航母的总功率和航速，根据P=Fv求出此时航母受到的推力，匀速航行时处于平衡状态，受到的力为平衡力，利用二力平衡条件求出此时受到的水的阻力．
（3）核动力航空母舰，简称核航母，是以核反应堆为动力装置的航空母舰；目前世界上只有美国海军发展核动力航空母舰，除美国外，只有法国拥有一艘核动力航空母舰．

解答：解：（1）①排水量为8×10⁴吨的航母在海面上航行受到的浮力等于排开的海水的重力，即F_浮=G_排=m_排g=8×10⁴×10³kg×9.8N/kg=7.84×10⁸N；
②航母上50架20吨舰载飞机全部起飞后，航母会上浮一些，受到的浮力减小，减小的浮力等于航母上飞机的总重力即F_浮=△G=m_飞机g=20×10³kg×50×9.8N/kg=9.8×10⁶N
根据F_浮=ρ_海水gV_排可知：航母排开海水的体积会减少V_排=

F浮

ρ海水g

=

9.8×106N

1.03×103kg/m3×9.8N/kg

=970.87m³
（2）航母的速度：v=54km=15m/s，
此时航母受到的推力：
F=

P

V

=

60×103W×5×104

15m/s

=2×10⁸N，
∵航母匀速航行，受到的阻力和推力是一对平衡力，
∴此时受到的水的阻力为2×10⁸N．
（3）核动力航母以铀作燃料，它的核心装置是核反应堆，使用核能的优点是消耗少、污染小、长远成本低．
答：（1）航母在海面上航行受到的浮力是7.84×10⁸N，航母上50架20吨舰载飞机全部起飞后，航母会上浮一些，它排开海水的体积会减少970.87m³．
（2）若航母以45Km/h的速度匀速航行，航母受到水的平均阻力是2×10⁸N．
（3）核动力航母以铀作燃料，它的核心装置是核反应堆，使用核能的优点是消耗少、污染小、长远成本低．

点评：（1）本题考查了学生对阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_液V_排g、做功公式和二力平衡条件的掌握和运用，关键是对排水量的理解（满载时排开水的质量）．
（2）新能源中最瞩目的是核能，因为它消耗少、污染小、长远成本低等等，重核裂变和轻核聚变是获得核能的主要途径．