Question

你了解水陆两用坦克吗？
水陆两用坦克的车体比普通坦克要大，呈船形，所以能在水中浮动．有的利用特制的履带划水前进；有的用螺旋桨推进；有的用推进器喷水前进，两用坦克在水上航速不超过15km/h的，车辆的全部重力主要是依靠浮力来支持．在水上航速超过15km/h时，浮力有所减少，这时的水动力作用不可忽视，即两种力量共同支撑着坦克，使其不会下沉．
如图所示，水陆两用坦克，总质量22t．水上最大速度14km/h，最大航程超过90km．陆地最大速度55km/h，最大行程超过385km．履带着地的面积约4m²，可越过2.9m壕沟，这种坦克配备的是450kW的柴油机．
请你根据短文中信息，结合所学的知识回答问题：（g=10N/kg）
（1）如图所示的水陆两用坦克，在水上航行时，所受的浮力约为______N，排开水的体积约为______m³．
（2）如图所示的水陆两用坦克，在陆地行驶时，对地面的压强约为______Pa．以最大速度行驶385km的时间为______h．
（3）使水陆两用坦克前进的三种方式中，涉及到“物体间力的作用是相互的”这一重要知识是（______）
A．只有履带的划水前进B．只有螺旋桨推进
C．只有推进器喷水前进D．三种方式都涉及
（4）柴油机的效率（30%一45%），柴油的热值3.3×10⁷J/kg．这种水陆两用坦克的油箱所装柴油的质量一定超过多少千克．

Answer 1

解：（1）∵在水上航行时，坦克漂浮
轮船所受浮力：
F_浮=G_坦克=m_坦克g=22×10³kg×10N/kg=2.2×10⁵N．
∵F_浮=ρ_水gV_排，
∴坦克排开水的体积：v_排===22m³，
（2）坦克对地面的压力：
F_压=G=2.2×10⁵N，
坦克对地面的压强：p===5.5×10⁴Pa；
以最大速度行驶385km的时间：t===7h；
（3）坦克用履带划水前进、用螺旋桨推进、用推进器喷水前进，三种形式都是给水一个向后的作用力，由于物体间力的作用是相互的，水给坦克一个向前的推力，使坦克前进，故选D．
（4）由（2）计算可知，坦克在陆地以最大速度行驶385km的时间：
t=7h，
柴油机做的功：
W_有=Pt=450×1000W×7×3600s=1.134×10¹⁰J
∵η=，η=45%，
柴油完全燃烧放出的热量
Q_放===2.52×10¹⁰J，
需要柴油的质量：
m_柴==≈764kg，
所以水陆两用坦克的油箱所装柴油的质量一定超过764kg．
故答案为：（1）2.2×10⁵，22；
（2）5.5×10⁴，7；
（3）D；
（4）油箱所装柴油的质量一定超过764kg．
分析：（1）知道坦克的质量，利用重力公式G=mg求坦克的重力；在水上航行时，坦克漂浮，根据漂浮条件求坦克受到的浮力；再根据阿基米德原理F_浮=ρ_水gV_排求排开水的体积；
（2）求出了坦克的重力，坦克对地面的压力等于坦克本身的重力，根据公式 可求对地面的压强；已知行驶的最大速度和行驶的距离，根据公式 可求行驶时间；
（3）力的作用是相互的，一个物体对另一个物体施加力的同时，也受到另一个物体力的作用，据此分析判断；
（4）由（2）求出了坦克在陆地以最大速度行驶385km的时间t，知道柴油机的功率，利用W=Pt求出柴油机做的功（有用能量），取最大效率为45%，利用η=求出柴油完全燃烧放出的热量（总能量），再根据Q_放=mq求出需要的柴油的质量．
点评：本题考查了重力的公式、阿基米德原理及推导公式、效率公式、燃料完全燃烧放热公式、功率公式、压强公式、速度公式，知识点多、综合性强，属于难题，但涉及到新型水路两用坦克，学生感兴趣！