Question

（2009?沭阳县模拟）如图中的．“翔凤”（ARJ21）是我国第一次完全自主设计并制造的支线飞机．于2008年11月28日试飞首飞1h获得了成功，并计划在2009年开始逐步投入规模化生产．
（1）翔凤（ARJ21）支线客机使用的是喷气式发动机，其原理是：将吸入的空气与燃油混合，点火爆炸后膨胀产生高速空气向后喷出，发动机将空气向后喷出时推动飞机向前运动．这是因为

物体间力的作用是相互的

．
（2）飞机的升力是由于机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力．这样飞机借助机翼上获得的升力克服地球引力，从而翱翔在蓝天上了．飞机机翼导流板横截面的形状是下列四图中的

D

．

（3）物体在流体（液体和气体）中运动时，受到阻碍物体运动的力，称作为“流体阻力”．飞机机身设计成“流线形”是为了减小

空气阻力

．影响“流体阻力”大小的因素有物体的形状和大小、物体表面的粗糙程度、物体和液体间相对运动的速度以及物体垂直于运动方向的横截面大小．某同学为了验证“流体阻力的大小与运动物体表面粗糙程度有关”，设计了如下实验方案：
①用弹簧测力计拉一艘表面光滑的船模型在水中运动，并记下弹簧测力计的示数F₁；
②用弹簧测力计拉另一艘表面粗糙的船模型在水中运动，并记下弹簧测力计的示数F₂；
③通过比较F₁与 F₂的大小，就能得出物体受到流体阻力是否与物体表面粗糙程度有关．
请你对该同学的实验方案进行评估，指出其中存在的问题（仅要求写两点）：
A．

拉动时，弹簧测力计要水平运动

；B．

拉动时，弹簧测力计要做匀速运动

．
（4）飞机在跑道上缓慢滑行时，通过跑道上的压力感应装置测得飞机前轮压强为2.0×10⁵Pa，后轮压强为2.5×10⁵Pa，已知前轮触地总面积0.25m²，后轮触地总面积1.2m²．求此滑行飞机的质量．
（5）“翔凤”首次试飞1h消耗燃油1.5T，行程600km，已知航空燃油的热值为8.0×10⁷J/kg，发动机效率为20%，求飞机在试飞时获得的平均水平推力．

Answer 1

分析：（1）喷气飞机向后喷出气体，给气流有一个向后的力的作用，故此时根据物体间力的作用是相互的进行解释即可；
（2）流线型在空中飞行，产生向上的力还是向下的力，主要比较上下的压强，即比较上下的空气流速；
（3）物体所受流体阻力的大小与它自身的形状有关；由于物体所受流体阻力的大小有多个因素有关，实验时要用到控制变量法，如从拉力和阻力是否相等、拉力的方向如何等角度分析即可；
（4）已知前轮和后轮受到的压强与接触面积，根据公式F=PS可求地面受到的压力，前后轮对地面的压力之和等于飞机所受的重力，从而求出飞机的质量．
（5）先据公式Q=mq求出燃油所产生的热量，而后据机械效率求出有效利用的能量即有用功，在据公式W_有=FS的变形公式求出F即可．

解答：解：（1）火箭向后喷出气流，火箭对气流有向后的力，由于力的作用是相互的，气流对火箭有向前的力的作用，从而推动火箭前进；
（2）飞机的机翼的设计应该有利于飞机的起飞，即有利于飞机受到向上的升力作用，故据压强与流速的关系不难看出，机翼下方的空气流速应该小，压强大；机翼上方的空气流速大，压强小，从而使得机翼受到向上的升力，故分析四个选项不难看出D是正确的；
（3）飞机机身设计成“流线形”是为了减小空气阻力；
在这里，我们把小船所受的阻力转化为了测力计的示数，故我们应从测力计的示数和小船的阻力相等的角度分析，即需要让弹簧测力计要水平运动，且弹簧测力计要做匀速运动等；
（4）前轮对地面的压力F₁=p₁?s₁=2×10⁵Pa×0.25m²=0.5×10⁵N；
后轮对地面的压力F₂=p₂?s₂=2.5×10⁵Pa×1.2m²=3×10⁵N；
飞机对地面的压力等于飞机自身的重力G=F₁+F₂=3.5×10⁵N；
所以飞机的质量m=

G

g

=

3.5×105N

10N/kg

=3.5×10⁴kg．
（5）燃油燃烧所释放的总热量是：Q_总=mq=1.5×10³kg×8.0×10⁷J/kg=1.2×10¹¹J；
其有效利用的热量是：
W_有=ηQ_总=1.2×10¹¹J×20%=2.4×10¹⁰J
据公式：W_有=Fs 得：F=

W有

S

=

2.4×1010J

600000m

=4×10⁴N．
故答案为：（1）物体间力的作用是相互的；（2）D；（3）空气阻力；A．拉动时，弹簧测力计要水平运动；B．拉动时，弹簧测力计要做匀速运动；（4）3.5×10⁴kg；（5）4×10⁴N．

点评：本题考查重力、压力、质量、热量、机械效率等的计算，熟悉上述计算公式，知道在水平面上物体对地面的压力等于物体自身的重力，且能利用流体压强与流速的关系解释现实问题是解决该题的关键．