Question

（2009?沭陽縣模擬）如圖中的．“翔鳳”（ARJ21）是我國第一次完全自主設(shè)計(jì)并制造的支線飛機(jī)．于2008年11月28日試飛首飛1h獲得了成功，并計(jì)劃在2009年開始逐步投入規(guī)模化生產(chǎn)．
（1）翔鳳（ARJ21）支線客機(jī)使用的是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理是：將吸入的空氣與燃油混合，點(diǎn)火爆炸后膨脹產(chǎn)生高速空氣向后噴出，發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣向后噴出時(shí)推動(dòng)飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)．這是因?yàn)?!--BA-->

物體間力的作用是相互的

．
（2）飛機(jī)的升力是由于機(jī)翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機(jī)翼的升力．這樣飛機(jī)借助機(jī)翼上獲得的升力克服地球引力，從而翱翔在藍(lán)天上了．飛機(jī)機(jī)翼導(dǎo)流板橫截面的形狀是下列四圖中的

D

．

（3）物體在流體（液體和氣體）中運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力，稱作為“流體阻力”．飛機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)成“流線形”是為了減小

空氣阻力

．影響“流體阻力”大小的因素有物體的形狀和大小、物體表面的粗糙程度、物體和液體間相對運(yùn)動(dòng)的速度以及物體垂直于運(yùn)動(dòng)方向的橫截面大�。�某同學(xué)為了驗(yàn)證“流體阻力的大小與運(yùn)動(dòng)物體表面粗糙程度有關(guān)”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：
①用彈簧測力計(jì)拉一艘表面光滑的船模型在水中運(yùn)動(dòng)，并記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₁；
②用彈簧測力計(jì)拉另一艘表面粗糙的船模型在水中運(yùn)動(dòng)，并記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₂；
③通過比較F₁與 F₂的大小，就能得出物體受到流體阻力是否與物體表面粗糙程度有關(guān)．
請你對該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評估，指出其中存在的問題（僅要求寫兩點(diǎn)）：
A．

拉動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)要水平運(yùn)動(dòng)

；B．

拉動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)要做勻速運(yùn)動(dòng)

．
（4）飛機(jī)在跑道上緩慢滑行時(shí)，通過跑道上的壓力感應(yīng)裝置測得飛機(jī)前輪壓強(qiáng)為2.0×10⁵Pa，后輪壓強(qiáng)為2.5×10⁵Pa，已知前輪觸地總面積0.25m²，后輪觸地總面積1.2m²．求此滑行飛機(jī)的質(zhì)量．
（5）“翔鳳”首次試飛1h消耗燃油1.5T，行程600km，已知航空燃油的熱值為8.0×10⁷J/kg，發(fā)動(dòng)機(jī)效率為20%，求飛機(jī)在試飛時(shí)獲得的平均水平推力．

Answer 1

分析：（1）噴氣飛機(jī)向后噴出氣體，給氣流有一個(gè)向后的力的作用，故此時(shí)根據(jù)物體間力的作用是相互的進(jìn)行解釋即可；
（2）流線型在空中飛行，產(chǎn)生向上的力還是向下的力，主要比較上下的壓強(qiáng)，即比較上下的空氣流速；
（3）物體所受流體阻力的大小與它自身的形狀有關(guān)；由于物體所受流體阻力的大小有多個(gè)因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)時(shí)要用到控制變量法，如從拉力和阻力是否相等、拉力的方向如何等角度分析即可；
（4）已知前輪和后輪受到的壓強(qiáng)與接觸面積，根據(jù)公式F=PS可求地面受到的壓力，前后輪對地面的壓力之和等于飛機(jī)所受的重力，從而求出飛機(jī)的質(zhì)量．
（5）先據(jù)公式Q=mq求出燃油所產(chǎn)生的熱量，而后據(jù)機(jī)械效率求出有效利用的能量即有用功，在據(jù)公式W_有=FS的變形公式求出F即可．

解答：解：（1）火箭向后噴出氣流，火箭對氣流有向后的力，由于力的作用是相互的，氣流對火箭有向前的力的作用，從而推動(dòng)火箭前進(jìn)；
（2）飛機(jī)的機(jī)翼的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于飛機(jī)的起飛，即有利于飛機(jī)受到向上的升力作用，故據(jù)壓強(qiáng)與流速的關(guān)系不難看出，機(jī)翼下方的空氣流速應(yīng)該小，壓強(qiáng)大；機(jī)翼上方的空氣流速大，壓強(qiáng)小，從而使得機(jī)翼受到向上的升力，故分析四個(gè)選項(xiàng)不難看出D是正確的；
（3）飛機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)成“流線形”是為了減小空氣阻力；
在這里，我們把小船所受的阻力轉(zhuǎn)化為了測力計(jì)的示數(shù)，故我們應(yīng)從測力計(jì)的示數(shù)和小船的阻力相等的角度分析，即需要讓彈簧測力計(jì)要水平運(yùn)動(dòng)，且彈簧測力計(jì)要做勻速運(yùn)動(dòng)等；
（4）前輪對地面的壓力F₁=p₁?s₁=2×10⁵Pa×0.25m²=0.5×10⁵N；
后輪對地面的壓力F₂=p₂?s₂=2.5×10⁵Pa×1.2m²=3×10⁵N；
飛機(jī)對地面的壓力等于飛機(jī)自身的重力G=F₁+F₂=3.5×10⁵N；
所以飛機(jī)的質(zhì)量m=

G

g

=

3.5×105N

10N/kg

=3.5×10⁴kg．
（5）燃油燃燒所釋放的總熱量是：Q_總=mq=1.5×10³kg×8.0×10⁷J/kg=1.2×10¹¹J；
其有效利用的熱量是：
W_有=ηQ_總=1.2×10¹¹J×20%=2.4×10¹⁰J
據(jù)公式：W_有=Fs 得：F=

W有

S

=

2.4×1010J

600000m

=4×10⁴N．
故答案為：（1）物體間力的作用是相互的；（2）D；（3）空氣阻力；A．拉動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)要水平運(yùn)動(dòng)；B．拉動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)要做勻速運(yùn)動(dòng)；（4）3.5×10⁴kg；（5）4×10⁴N．

點(diǎn)評：本題考查重力、壓力、質(zhì)量、熱量、機(jī)械效率等的計(jì)算，熟悉上述計(jì)算公式，知道在水平面上物體對地面的壓力等于物體自身的重力，且能利用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系解釋現(xiàn)實(shí)問題是解決該題的關(guān)鍵．