Question

2012年9月25日上午，中国首艘航空母舰“辽宁”号正式交接服役，从此中国摆脱了没有航母的历史．如图甲是辽宁号航空母舰的图片，辽宁号航空母舰以重油（原油提取汽油、柴油后剩余的重质油）为燃料，总功率1.5×10⁸W，最大舰长304米，舰宽70.5米，飞行甲板长300米、宽70米，最高航速约54km/h．2012年11月23日上午中国独立自主研发的航母舰载飞机-歼-15首次成功降落在“辽宁舰”甲板上（如图乙所示）．

请回答下列问题：（g=10N/Kg）
（1）当航母在平静的水面航行时，它所受的浮力

 

（大于/等于/小于）它的总重力．如图丙为2012年度最美动作“走你”的精彩瞬间，两位指令员为“歼15”发出了起飞指令．航母甲板上的工作人员都要佩戴防护耳罩以保护听力，这是在

 

处减弱噪声，飞机外形为“流线型”是为了

 

．
（2）如果航母总功率全部用来提供它向前的牵引力，当航母以最高航速54km/h航行1小时，它产生的牵引力是多少？若在这种状态下匀速航行1000km，航母发动机的效率为25%，至少需要燃烧多少千克的重油？（重油的热值为4.0×10⁷J/kg，写出计算过程．）
（3）舰载机机翼的横截面设计成如图丁所示的形状，是利用在气体中流速越大的位置压强越

 

的原理，为飞机提供升力．查寻规律：在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下，空气流速v与压强p的关系可表示为

1

2

ρv²+p=C，式中C是常量，ρ表示空气密度，根据上述关系式可知：
①常量C表示空气流速为0时的

 

．
②假设该舰载机的某次在无风时低空飞行，总质量为24吨不变，升力全是由机翼获得，机翼的总面积为60平方米，外界气压为1.0×10⁵Pa，空气密度为1.2Kg/m³若该舰载机沿水平方向匀速飞行，则飞行速度至少应为

 

m/s．

Answer 1

分析：（1）根据物体的浮沉条件，当物体漂浮时浮力等于重力；
减弱噪声的途径：在声源处减弱，在传播过程中减弱，在人耳中减弱；
一些交通工具做成流线型，不仅可以减少空气阻力，根据流体压强与流速的关系，上方空气在相等的时间内通过的路程较大，流速较快，则压强较小，所以可以产生向上的举力，便于起飞；
（2）知道航母最高航速，利用P=Fv求此时的牵引力；知道行驶的距离，利用W=Fs计算航母做的有用功（有用能量）；根据效率公式求燃料完全燃烧放出的热量（总能量），再利用Q=mq求至少需要燃烧重油的质量．
（3）①在计算C时，要把握住“空气流速为0”的条件，将其代入已知的公式即可得出C表示的物理量；
②飞机起飞，则向上的举力最小等于其重力，可根据压强公式求出上下表面受到的压强差，从而根据题干给出的速度与压强的关系得出速度的大小．

解答：解：（1）当航母在平静的水面航行时，由于漂浮，它所受的浮力等于它的总重力；
航母甲板上的工作人员佩戴防护耳，这是在人耳处减弱噪声；
飞机外形为“流线型”不仅可以减小空气阻力，由于上方空气流速大于下方流速，造成上方空气压强小于上方空气压强，可以产生向上的举力作用；
（2）航母最高航速v=54km/h=15m/s航行时，
∵P=Fv，
∴F=

P

v

=

1×108W

15m/s

≈6.7×10⁶N；
在这种状态下匀速航行1000km，需要的机械能W=Fs=6.7×10⁶N×1000×10³m=6.7×10¹²J；
航母发动机的效率η=25%，因此需要重油放出的热量Q=

W

η

=

6.7×1012J

25%

=2.67×10¹³J；
∵Q=qm，
∴需要完全燃烧重油的质量m=

Q

q

=

2.67×1013J

4.0×107J/kg

=6.7×10⁵kg；
（3）①根据公式

1

2

ρv²+p=C，当v=0时，C=p，可知常量C表示空气流速为0时的压强；
②飞机的重力G=mg=24×10³kg×10N/kg=2.4×10⁵N；
根据受力与运动的关系，飞机起飞的举力最小等于该飞机的重力，
则△pS=G，△p=

G

S

=

2.4×105N

60m2

=4×10³Pa
根据公式

1

2

ρv²+p=C，则

1

2

ρv2=p-△p
即

1

2

×1.2kg/m³×v²=1.0×10⁵Pa-4×10³Pa
解得v=400m/s．
故答案为：（1）等于；人耳；减小空气阻力，且产生向上的升力；（2）至少需要燃烧6.7×10⁵kg的重油；（3）①压强；②400．

点评：（1）考查了漂浮时浮力与重力的关系，减弱噪声的途径及流体压强与流速的关系，都是基础性问题；
（2）对速度、功和功率计算公式以及平衡力知识要熟练理解和掌握，综合性很强，计算量比较大，具有一定的难度；
（3）理解公式

1

2

ρv²+p=C的含义，掌握压强公式及变形公式的应用，其中理解飞机起飞时举力等于其重力是解决此题的关键．