Question

你可以把轮船改装成“水下飞机”吗？参照你对飞机的理解，完成下列问题：
（1）为保证船员的生命安全，必须让这个水下飞机在失去动力时自动浮上水面，舱体设计必须满足的基本条件是：______．
（2）若没有潜艇的“吸水和排水”装置，如何让水下飞机下沉呢？（要求：用简短文字和简图说明你的设计）
（3）按照你的设计，水下飞机下潜时，会停留在需要的深度做水平前进吗？要能控制水下飞机的下沉速度，并能让它保持一定深度水平前进，你又将怎么改变你的设计呢？

Answer 1

【答案】分析：（1）根据阿基米德原理：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力．掌握物体的沉浮条件和影响浮力大小的因素以及人们根据浮力和重力的关系制成潜水艇．当水下飞机受的浮力大于重力时，就会上浮．制作水下飞机的金属材料比水的密度大，所以要考虑制成空心的，增大体积，减少重量．
（2）在气体和液体中，流速越大的地方压强越小．解题关键是了解机翼的形状特点以及空气流速与压强的关系．机翼上表面弯曲，下表面平直，所以空气通过机翼上表面的流速大，通过下表面的流速较小．因为机翼上方的空气流速大，压强较小；机翼下方的空气流速小，压强大，所以飞机受到一个向上的升力．若把飞机机翼上下表面弯曲程度交换，飞机就会受到一个向下的压力．
（3）根据飞机上升的原理和设计的水下飞机下沉的原理，只要让机翼上下表面的弯曲程度可调即可．
解答：解：（1）为保证船员的生命安全，必须保证不能让水流进舱内，所以舱体必须是密闭的．根据物体的浮沉条件，要使这个水下飞机在失去动力时自动浮上水面，必须让它所受的浮力大于它的重力，所以要把舱体设计成空心的，使“水下飞机”变轻，从而上浮．
故答案为：密闭、空心．
（2）潜艇的上浮和下潜靠的是改变自身重力，改变自身重力的装置是“吸水和排水”装置．水下飞机没有这一装置，可以从流体压强和流速的关系方面考虑，给轮船安装一对下凸上平的机翼．如图所示：
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，由于机翼下表面弯曲，上表面平直，所以空气通过机翼下表面的流速大，压强较小；通过上表面的流速较小，压强大，所以“水下飞机”受到向下的压力大于向上的压力，在压力差的作用下就会下沉．
故答案为：给轮船安装一对下凸上平的机翼，机翼截面如图所示：
（3）按照上述装置和设计原理，“水下飞机”会一直下沉，不会停留在需要的深度做水平前进．要使它上浮，需要让机翼上表面弯曲、下表面平直，这样空气通过机翼上表面的流速大，压强较小；通过下表面的流速较小，压强大，“水下飞机”受到向上的压力大于向下的压力，在压力差的作用下就又开始上浮．
故答案为：不能，使机翼的上下表面的弯曲程度可调（或安装活动机翼）．
点评：掌握流体流速和压强的关系，并能利用流体压强知识进行合理的设计与制作．本题难度较大且具有开放性，需要同学们认真思考、开动脑筋才能解答．