Question

7．辽宁号航空母舰，简称“辽宁舰”，船号16，是中国人民解放军海军第一艘可以搭载固定翼飞机的航空母舰.2012年9月25日，交付予中国人民解放军海军．根据下列航母的主要参数计算：

主要参数值
航母总质量（包括舰载飞机）	6×107kg
每架舰载飞机的质量	17500kg
每架舰载飞机与甲板的接触面积	5000cm2
航母正常航行速度	54km/h
正常航行速度行驶时所受阻力	3.6×108N

（1）求每架舰载飞机对甲板的压强；
（2）求航母所受浮力的大小；
（3）若航母以正常航行速度匀速从甲地开往乙地，行驶了540km，求此过程中航母牵引力的功率；
（4）若其中一架舰载飞机起飞后，求航母排开海水的体积减少了多少？

Answer 1

分析 （1）舰载飞机对甲板的压力和自身的重力相等，根据G=mg求出其大小，再根据压强公式求出受到的压强；
（2）根据G=mg求出航母所受的总重力，利用物体漂浮的条件求出浮力的大小；
（3）航母正常航行速度匀速行驶时，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出牵引力的功率；
（4）舰载飞机起飞前后，航母始终漂浮，根据阿基米德原理分别求出排开水的体积，两者之差即为航母排开海水减少的体积．

解答 解：（1）舰载飞机对甲板的压力：
F=G₁=m₁g=5150kg×10N/kg=1.75×10⁵N，
舰载飞机对甲板的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.75×1{0}^{5}N}{0.5{m}^{2}}$=3.5×10⁵Pa；
（2）航母总重力：
G₂=m₂g=6×10⁷kg×10N/kg=6×10⁸N，
由物体的漂浮条件知，
F_浮=G₂=6×10⁸N；
（3）航母在匀速行驶，根据二力平衡可得：
F_牵=f=3.6×10⁸N，
牵引力的功率：
P=F_牵v=3.6×10⁸N×$\frac{54}{3.6}$m/s=5.4×10⁹W；
（4）舰载飞机起飞前后，航母受到的浮力：
F_浮=ρ_液gV_排，F_浮1=G₂-G₁=ρ_液gV_排1，
根据阿基米德原理可得：
△V=V_排-V_排1=$\frac{{G}_{2}}{{ρ}_{海水}g}$-$\frac{{G}_{2}-{G}_{1}}{{ρ}_{海水}g}$=$\frac{{G}_{1}}{{ρ}_{海水}g}$=$\frac{1.75×1{0}^{5}N}{1.03×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$≈17m³．
答：（1）每架舰载飞机对甲板的压强为3.5×10⁵Pa；
（2）航母的总重力和受到的浮力均为6×10⁸N；
（3）航母行驶过程中牵引力的功率为5.4×10⁹W；
（4）航母排开海水的体积减少了17m³．

点评 本题考查了压强公式、重力公式、阿基米德原理和物体漂浮条件的应用，关键是知道水平面上物体的压力与自身的重力相等以及知道舰载飞机起飞前后航母始终漂浮，计算过程要注意单位的换算．