Question

1．中国第一艘航母--“辽宁舰”已于2012年10月正式服役，其最大吃水深度为10.5m（指最底部到水面的竖直距离），满载时排水体积达6.7×10⁴ m³，舰载机50余架，它将为保卫我国领土领海发挥重要的作用．（取ρ_海水=1.0×10³kg/m³，g≈10N/kg）
（1）“辽宁号”的护卫舰队通常采用“一”字编队形式前行，而不是“并排”前行（如图），为什么？
（2）当“辽宁舰”达到最大吃水深度时，其舰底部0.5m²的面积受到海水的压力为多大？
（3）当一架质量为20t的舰载机起飞后，航母排开海水的体积减小了多少？

Answer 1

分析 （1）流体流速越大，流体产生的压强越小；流体流速越小，压强越大；
（2）已知最大吃水深度为10.5m，利用p=ρgh求得底部受到海水的压强，再利用p=$\frac{F}{S}$可求压力；
（3）舰载机起飞后，航母的重力减少，受到的浮力减少，减少的浮力等于舰载机的重力，然后由浮力公式的变形公式求出航母排水量的体积减少量．

解答 解：（1）根据在流体中流速越大的位置压强越小可知，并排前行时，两舰艇间流速快压强小，护卫舰外侧流速小压强大，两舰艇可能发生碰撞事故，采用“一”字形编队能有效防止这种情况发生；
（2）其底部受到海水的压强：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×10.5m=1.05×10⁵Pa，
由p=$\frac{F}{S}$可得，其舰底部0.5m²的面积受到海水的压力：
F=pS=1.05×10⁵Pa×0.5m²=5.25×10⁴N；
（3）根据△F_浮=G_舰载机=ρ_海水gV_排得，
排开海水体积减小量：
△V_排=$\frac{{G}_{舰载机}}{{ρ}_{海水}g}$=$\frac{20×1{0}^{3}kg×10N/kg}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=20m³．
答：
（1）根据在流体中，流速越大的位置压强越小可知，并排前行时，两舰艇间流速快压强小，护卫舰外侧压强大，两舰艇可能发生碰撞事故，采用“一”字形编队能有效防止这种情况发生；
（2）其舰底部0.5m²的面积受到海水的压力为5.25×10⁴N；
（3）航母排开海水的体积减小了20m³．

点评 本题考查了流体压强与流速的关系、液体压强的计算、压强的计算、阿基米德原理等知识点，是一道综合性较强的题目，关键是压强定义式、液体压强公式、浮力公式的应用，同时还要知道舰载机起飞后，浮力的减小量等于舰载机的重力．