Question

地效翼船停在水面像船，起飞后更像飞机，地效翼船获得的升力，除了借助机翼获得升力的一般原理外，还巧妙地利用了地面效应原理．当有翼飞行器在做近地（高度小于两倍翼弦长度）的水平飞行时，其气动特性在中高空飞行时是不一样的．由于地面的存在，改变了气流的下洗场和流速，在离地表很近的带有翼刀或隔断端板的机翼下方，使上下翼面间的压力差加大，从而提高了机翼升力、降低了诱导阻力，增大了飞机的升阻比．
地效翼船优点主要有：综合投资少，无需建造大型跑道、航站楼等综合设施；飞行速度快，是船舶的10～15倍；载重比例大，是自重的50%，而飞机载重比例为小于20%；应用范围广，可在海面、冰面、沙漠、草原、沼泽上飞行和自由起降；可避开雷达和声呐扫描，可广泛应用于军事领域．
如图所示是我国研制成功的某型号地效翼船，该船飞行高度1-4m，最大载重量为1200kg，以200km/h的速度匀速直线飞行时，百公里耗油25L．

请你根据文中信息，综合所学的知识回答问题：
（1）该型号地效翼船满载停在水面上时受到的浮力约为______N，排开水的体积约为______m³．
（2）地效翼船在水面上飞行时，机翼上表面气流的流速______机翼下表面气流的流速．
（3）若该型号地效翼船以200km/h的速度匀速直线飞行时，燃油完全燃烧产生能量的20%用来推动它向前运动，则它受到的阻力约为多大？（燃油的密度为0.8×10³kg/m³，热值为4.2×10⁷J/kg）

Answer 1

解：（1）∵最大载重量是自重的50%，
∴最大载重量为1200kg时，地效翼船的自重为：m===2400kg；
∵地效翼船漂浮在水面上，
∴F_浮=G_总=m_总g=（m+m_载）g=（1200kg+2400kg）×10N/kg=36000N；
∵F_浮=ρ_水gV_排，
∴V_排===3.6m³；
（2）等质量的空气在相同的时间内同时通过机翼的上表面和下表面，由于上表面弯曲，机翼上方气流的截面面积大，所以机翼上方的流速就大于机翼前方的流速；
（3）消耗的燃油的质量m_油=ρV=0.8×10³kg/m³×25×10^-3m³=20kg，
燃油完全燃烧放出热量：
Q=m_油q=20kg×4.2×10⁷J/kg=8.4×10⁸J，
推动它向前运动的功是：
W=Qη=8.4×10⁸J×20%=1.68×10⁸J，
∴F===1680N，
∵地效翼船做匀速运动，
∴F_阻=F=1680N．
故答案为：（1）36000；3.6；（2）大于；（3）它受到的阻力约为1680N．
分析：（1）地效翼船满载时最大载重量为1200kg，根据阿基米德原理求满载时受到的浮力；利用阿基米德原理求出排开水的体积；
（2）根据流体压强与流速的关系：流速越大，压强越小；流速越小，压强越大；
（3）首先求出燃油完全燃烧产生能量，根据效率得出牵引力做的功，利用功的公式计算牵引力，地效翼船做匀速运动，阻力等于牵引力．
点评：本题涉及的物理知识多，有力学知识力的平衡、流体压强与流速的关系，热学知识热量的计算以及效率等知识点，一环扣一环，这类题能让学生对各物理量有一个整体性的掌握，有点难度，学生要熟练掌握物理公式，并灵活的运用到计算中去．