Question

20．近日，我國(guó)新型戰(zhàn)略核潛艇（如圖所示）為保障國(guó)家安全，進(jìn)行了戰(zhàn)略巡航．下表是核潛艇的部分性能參數(shù)

水下排水量	11500噸	水下最大航速	36節(jié)
水面排水量	9000噸	水下巡航速度	20節(jié)
艇長(zhǎng)	135米	最大潛深	350米
艇寬	13米	發(fā)電機(jī)最大功率	25000千瓦

求：
（1）核潛艇以水下最大航速行駛，到距離2700km外的某海域執(zhí)行任務(wù)所用的時(shí)間；（1節(jié)≈0.5m/s）
（2）核潛艇在水面航行時(shí)受到的浮力；下潛到最大深度時(shí)受到水的壓強(qiáng)；（g=10N/kg，海水的密度ρ_海水=1.03×10³kg/m³）
（3）若核潛艇在水下巡航時(shí)，做水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所受阻力與速度的關(guān)系如圖乙所示，它的動(dòng)力功率是多少？

Answer 1

分析 （1）知道核潛艇水下最大航速和距離，利用t=$\frac{s}{v}$求所用時(shí)間；
（2）由表格可知，在水面上航行時(shí)的排水量，利用阿基米德原理求受到的浮力；已知下潛最大深度利用p=ρgh求受到海水的壓強(qiáng)；
（3）核潛艇在水下巡航時(shí)，做水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，受到的動(dòng)力和阻力是一對(duì)平衡力，大小相等，求出動(dòng)力，知道在水下航行的速度，利用P=Fv求動(dòng)力的功率．

解答 解：
（1）核潛艇水下最大航速v=36×0.5m/s=18m/s，s=2700km=2.7×10⁶m，
由v=$\frac{s}{t}$得所用時(shí)間：
t=$\frac{s}{v}$=$\frac{2.7×1{0}^{6}m}{18m/s}$=1.5×10⁵s；
（2）由表格數(shù)據(jù)可知，在水面上航行時(shí)，m_排=9000t=9×10⁶kg，
則核潛艇在水面航行時(shí)受到的浮力：F_浮=G_排=m_排g=9×10⁶kg×10N/kg=9×10⁷N；
下潛最大深度h=350m，受到海水的壓強(qiáng)：
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×350m=3.605×10⁶Pa；
（3）核潛艇在水下巡航時(shí)，做水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，受到的動(dòng)力和阻力是一對(duì)平衡力，大小相等，
它在水下航行速度為20節(jié)時(shí)，由圖象可知：F=f=30×10⁴N，
因此動(dòng)力的功率：
P=Fv=30×10⁴N×20×0.5m/s=3×10⁶W．
答：（1）核潛艇以水下最大航速行駛，到距離2700km外的某海域執(zhí)行任務(wù)所用的時(shí)間為1.5×10⁵s；
（2）核潛艇在水面航行時(shí)受到的浮力為9×10⁷N；下潛到最大深度時(shí)受到水的壓強(qiáng)為3.605×10⁶Pa；
（3）若核潛艇在水下巡航時(shí)，做水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所受阻力與速度的關(guān)系如圖乙所示，它的動(dòng)力功率是3×10⁶W．

點(diǎn)評(píng) 本題為力學(xué)綜合題，考查了速度公式、重力公式、阿基米德原理液體壓強(qiáng)公式、功率公式和二力平衡條件的應(yīng)用，雖知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，但都屬于基礎(chǔ)，難度不大．