Question

地效翼船停在水面像船，起飛后更像飛機，地效翼船獲得的升力，除了借助機翼獲得升力的一般原理外，還巧妙地利用了地面效應原理．當有翼飛行器在做近地（高度小于兩倍翼弦長度）的水平飛行時，其氣動特性在中高空飛行時是不一樣的．由于地面的存在，改變了氣流的下洗場和流速，在離地表很近的帶有翼刀或隔斷端板的機翼下方，使上下翼面間的壓力差加大，從而提高了機翼升力、降低了誘導阻力，增大了飛機的升阻比．
地效翼船優點主要有：綜合投資少，無需建造大型跑道、航站樓等綜合設施；飛行速度快，是船舶的10～15倍；載重比例大，是自重的50%，而飛機載重比例為小于20%；應用范圍廣，可在海面、冰面、沙漠、草原、沼澤上飛行和自由起降；可避開雷達和聲吶掃描，可廣泛應用于軍事領域．
如圖所示是我國研制成功的某型號地效翼船，該船飛行高度1-4m，最大載重量為1200kg，以200km/h的速度勻速直線飛行時，百公里耗油25L．

請你根據文中信息，綜合所學的知識回答問題：
（1）該型號地效翼船滿載停在水面上時受到的浮力約為______N，排開水的體積約為______m³．
（2）地效翼船在水面上飛行時，機翼上表面氣流的流速______機翼下表面氣流的流速．
（3）若該型號地效翼船以200km/h的速度勻速直線飛行時，燃油完全燃燒產生能量的20%用來推動它向前運動，則它受到的阻力約為多大？（燃油的密度為0.8×10³kg/m³，熱值為4.2×10⁷J/kg）

Answer 1

【答案】分析：（1）地效翼船滿載時最大載重量為1200kg，根據阿基米德原理求滿載時受到的浮力；利用阿基米德原理求出排開水的體積；
（2）根據流體壓強與流速的關系：流速越大，壓強越小；流速越小，壓強越大；
（3）首先求出燃油完全燃燒產生能量，根據效率得出牽引力做的功，利用功的公式計算牽引力，地效翼船做勻速運動，阻力等于牽引力．
解答：解：（1）∵最大載重量是自重的50%，
∴最大載重量為1200kg時，地效翼船的自重為：m===2400kg；
∵地效翼船漂浮在水面上，
∴F_浮=G_總=m_總g=（m+m_載）g=（1200kg+2400kg）×10N/kg=36000N；
∵F_浮=ρ_水gV_排，
∴V_排===3.6m³；
（2）等質量的空氣在相同的時間內同時通過機翼的上表面和下表面，由于上表面彎曲，機翼上方氣流的截面面積大，所以機翼上方的流速就大于機翼前方的流速；
（3）消耗的燃油的質量m_油=ρV=0.8×10³kg/m³×25×10^-3m³=20kg，
燃油完全燃燒放出熱量：
Q=m_油q=20kg×4.2×10⁷J/kg=8.4×10⁸J，
推動它向前運動的功是：
W=Qη=8.4×10⁸J×20%=1.68×10⁸J，
∴F===1680N，
∵地效翼船做勻速運動，
∴F_阻=F=1680N．
故答案為：（1）36000；3.6；（2）大于；（3）它受到的阻力約為1680N．
點評：本題涉及的物理知識多，有力學知識力的平衡、流體壓強與流速的關系，熱學知識熱量的計算以及效率等知識點，一環扣一環，這類題能讓學生對各物理量有一個整體性的掌握，有點難度，學生要熟練掌握物理公式，并靈活的運用到計算中去．