Question

地效翼船停在水面像船，起飛后更像飛機(jī)，地效翼船獲得的升力，除了借助機(jī)翼獲得升力的一般原理外，還巧妙地利用了地面效應(yīng)原理．當(dāng)有翼飛行器在做近地（高度小于兩倍翼弦長度）的水平飛行時(shí)，其氣動(dòng)特性在中高空飛行時(shí)是不一樣的．由于地面的存在，改變了氣流的下洗場和流速，在離地表很近的帶有翼刀或隔斷端板的機(jī)翼下方，使上下翼面間的壓力差加大，從而提高了機(jī)翼升力、降低了誘導(dǎo)阻力，增大了飛機(jī)的升阻比．
地效翼船優(yōu)點(diǎn)主要有：綜合投資少，無需建造大型跑道、航站樓等綜合設(shè)施；飛行速度快，是船舶的10～15倍；載重比例大，是自重的50%，而飛機(jī)載重比例為小于20%；應(yīng)用范圍廣，可在海面、冰面、沙漠、草原、沼澤上飛行和自由起降；可避開雷達(dá)和聲吶掃描，可廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域．
如圖所示是我國研制成功的某型號(hào)地效翼船，該船飛行高度1-4m，最大載重量為1200kg，以200km/h的速度勻速直線飛行時(shí)，百公里耗油25L．

請(qǐng)你根據(jù)文中信息，綜合所學(xué)的知識(shí)回答問題：
（1）該型號(hào)地效翼船滿載停在水面上時(shí)受到的浮力約為______N，排開水的體積約為______m³．
（2）地效翼船在水面上飛行時(shí)，機(jī)翼上表面氣流的流速______機(jī)翼下表面氣流的流速．
（3）若該型號(hào)地效翼船以200km/h的速度勻速直線飛行時(shí)，燃油完全燃燒產(chǎn)生能量的20%用來推動(dòng)它向前運(yùn)動(dòng)，則它受到的阻力約為多大？（燃油的密度為0.8×10³kg/m³，熱值為4.2×10⁷J/kg）

Answer 1

解：（1）∵最大載重量是自重的50%，
∴最大載重量為1200kg時(shí)，地效翼船的自重為：m===2400kg；
∵地效翼船漂浮在水面上，
∴F_浮=G_總=m_總g=（m+m_載）g=（1200kg+2400kg）×10N/kg=36000N；
∵F_浮=ρ_水gV_排，
∴V_排===3.6m³；
（2）等質(zhì)量的空氣在相同的時(shí)間內(nèi)同時(shí)通過機(jī)翼的上表面和下表面，由于上表面彎曲，機(jī)翼上方氣流的截面面積大，所以機(jī)翼上方的流速就大于機(jī)翼前方的流速；
（3）消耗的燃油的質(zhì)量m_油=ρV=0.8×10³kg/m³×25×10^-3m³=20kg，
燃油完全燃燒放出熱量：
Q=m_油q=20kg×4.2×10⁷J/kg=8.4×10⁸J，
推動(dòng)它向前運(yùn)動(dòng)的功是：
W=Qη=8.4×10⁸J×20%=1.68×10⁸J，
∴F===1680N，
∵地效翼船做勻速運(yùn)動(dòng)，
∴F_阻=F=1680N．
故答案為：（1）36000；3.6；（2）大于；（3）它受到的阻力約為1680N．
分析：（1）地效翼船滿載時(shí)最大載重量為1200kg，根據(jù)阿基米德原理求滿載時(shí)受到的浮力；利用阿基米德原理求出排開水的體積；
（2）根據(jù)流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：流速越大，壓強(qiáng)越小；流速越小，壓強(qiáng)越大；
（3）首先求出燃油完全燃燒產(chǎn)生能量，根據(jù)效率得出牽引力做的功，利用功的公式計(jì)算牽引力，地效翼船做勻速運(yùn)動(dòng)，阻力等于牽引力．
點(diǎn)評(píng)：本題涉及的物理知識(shí)多，有力學(xué)知識(shí)力的平衡、流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，熱學(xué)知識(shí)熱量的計(jì)算以及效率等知識(shí)點(diǎn)，一環(huán)扣一環(huán)，這類題能讓學(xué)生對(duì)各物理量有一個(gè)整體性的掌握，有點(diǎn)難度，學(xué)生要熟練掌握物理公式，并靈活的運(yùn)用到計(jì)算中去．