Question

2009年4月在我国海军建军60周年阅兵式上，“长征3”号（403艇）核潜艇，是中国第一代091级攻击型核潜艇．
其主要性能数据如下：
排水量：4500吨（水下），改进型5500吨
尺寸：长90米（改进型98米），宽10米，吃水7.4米
动力：核动力，1座压水反应堆，90兆瓦，涡轮-电力推进；单轴推进．
航速：25节（水下）．
编制人员：75名．
武备：6具533毫米首发射管．鱼雷、水雷、反舰导弹．
声纳：可能包括法国的DUUx-5（1985年安装）
请根据以上材料回答问题：
（1）核潜艇是靠什么实现上浮和下沉的；______
（2）长征3号核潜艇，最深可下潜约300米，则潜艇所受海水的压强是多少帕（海水的密度为1.03g/cm³）？
（3）以前的常规潜艇由蓄电池提供动力，不得不定期浮出水面或靠近水面，开动柴油机补充电力．长征3号核潜艇采用核燃料作为动力，利用核燃料的______（裂变或者聚变）反应提供能源．可以长时间水下航行，轻松做到“要打可打，要走可走”；
（4）当核潜艇从水面上潜到水下的过程中时，请在坐标中大致画出潜艇浮力-深度的图象．根据材料提供的数据计算，改进后的“长征3”号核潜艇水下潜行时，所受的浮力等于多少N？

Answer 1

解：（1）在水中，潜水艇受到水的浮力和重力的作用，
∵F_浮=ρ_水v_排g，潜水艇的体积不变，排开水的体积不变，
∴潜水艇受到水的浮力不变；
把压缩空气压入潜水艇的压力舱，将海水排出，潜水艇自重G减小，当F_浮＞G时，潜水艇上浮；打开压力舱的阀门，让海水进入压力舱内，潜水艇自重G增大，当F_浮＜G时，潜水艇下沉；当F_浮=G时，潜水艇悬浮，可以停留在任何深度；
由此可见，潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身重来实现的．
（2）潜艇所受海水的压强为：
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×9.8N/kg×300m=3.0282×10⁶Pa．
（3）由于核裂变是可控的，故核电站中的核反应堆就是通过核裂变过程中释放核能带动发电机发电的．
（4）当核潜艇从水面上潜到水下的过程中时，排开水的体积先变大、后不变，由F_浮=ρ_水V_排g可知潜艇受到的浮力先变大、后不变，如图所示：
核潜艇水下潜行时，所受的浮力：
F_浮=G_排=m_排g=5500×10³kg×9.8N/kg=5.39×10⁷N；
故答案为：（1）靠改变自身的重力；
（2）潜艇所受海水的压强是3.0282×10⁶Pa；
（3）裂变；
（4）图象如上图；改进后的“长征3”号核潜艇水下潜行时，所受的浮力等于5.39×10⁷N．
分析：（1）潜水艇浸没在水中，潜水艇的体积不变（排开水的体积不变），受浮力不变；通过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力，根据物体的浮沉条件分析是怎么上浮或下沉的．
（2）知道海水的密度和核潜艇下潜的深度，可利用公式p=ρgh计算出潜艇所受海水的压强．
（3）核裂变和核聚变都能释放能量，但是又有区别，对于核裂变是可控的，如核电站的核反应堆就是通过核裂变提供能量的，对于核聚变过程不可控，如氢弹爆炸就是利用核聚变释放能量．
（4）当核潜艇从水面上潜到水下的过程中时，排开水的体积先变大、后不变，根据阿基米德原理分析受浮力变化；
知道核潜艇水下潜行时的排水量，利用重力公式求排开水重，所受的浮力等于排开水的重．
点评：利用所学知识解释潜艇的相关问题，学以致用，有意义！本题关键是认真审题，从中得出相关信息．