Question

航空母艦作為海洋遠(yuǎn)程作戰(zhàn)的現(xiàn)代大型艦船，備受各國(guó)海軍青睞．我國(guó)有能力建造現(xiàn)代航母，我國(guó)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)建造一艘航母，請(qǐng)你解答下列問題：
（1）一艘排水量為8×10⁴噸的航母在海面上航行受到的浮力是多少？航母上50架20噸艦載飛機(jī)全部起飛后，航母會(huì)上浮一些，它排開海水的體積會(huì)減少多少？
（2）航母的總功率相當(dāng)5萬輛功率為60kW的小汽車的功率之和，若航母以45km/h的速度勻速航行，航母受到水的平均阻力是多大？
（3）一艘核動(dòng)力航母在海上航行25年不用加油，請(qǐng)問它會(huì)利用什么作燃料？它的核心裝置是什么？使用這種燃料有何優(yōu)點(diǎn)？

Answer 1

分析：（1）輪船在海面上航行時(shí)一直處于漂浮狀態(tài)，受到的浮力等于排開的海水的重力；航母上的飛機(jī)起飛后，航母的總重力變小，受到的浮力會(huì)減小．
（2）已知航母的總功率和航速，根據(jù)P=Fv求出此時(shí)航母受到的推力，勻速航行時(shí)處于平衡狀態(tài)，受到的力為平衡力，利用二力平衡條件求出此時(shí)受到的水的阻力．
（3）核動(dòng)力航空母艦，簡(jiǎn)稱核航母，是以核反應(yīng)堆為動(dòng)力裝置的航空母艦；目前世界上只有美國(guó)海軍發(fā)展核動(dòng)力航空母艦，除美國(guó)外，只有法國(guó)擁有一艘核動(dòng)力航空母艦．

解答：解：（1）①排水量為8×10⁴噸的航母在海面上航行受到的浮力等于排開的海水的重力，即F_浮=G_排=m_排g=8×10⁴×10³kg×9.8N/kg=7.84×10⁸N；
②航母上50架20噸艦載飛機(jī)全部起飛后，航母會(huì)上浮一些，受到的浮力減小，減小的浮力等于航母上飛機(jī)的總重力即F_浮=△G=m_飛機(jī)g=20×10³kg×50×9.8N/kg=9.8×10⁶N
根據(jù)F_浮=ρ_海水gV_排可知：航母排開海水的體積會(huì)減少V_排=

F浮

ρ海水g

=

9.8×106N

1.03×103kg/m3×9.8N/kg

=970.87m³
（2）航母的速度：v=54km=15m/s，
此時(shí)航母受到的推力：
F=

P

V

=

60×103W×5×104

15m/s

=2×10⁸N，
∵航母勻速航行，受到的阻力和推力是一對(duì)平衡力，
∴此時(shí)受到的水的阻力為2×10⁸N．
（3）核動(dòng)力航母以鈾作燃料，它的核心裝置是核反應(yīng)堆，使用核能的優(yōu)點(diǎn)是消耗少、污染小、長(zhǎng)遠(yuǎn)成本低．
答：（1）航母在海面上航行受到的浮力是7.84×10⁸N，航母上50架20噸艦載飛機(jī)全部起飛后，航母會(huì)上浮一些，它排開海水的體積會(huì)減少970.87m³．
（2）若航母以45Km/h的速度勻速航行，航母受到水的平均阻力是2×10⁸N．
（3）核動(dòng)力航母以鈾作燃料，它的核心裝置是核反應(yīng)堆，使用核能的優(yōu)點(diǎn)是消耗少、污染小、長(zhǎng)遠(yuǎn)成本低．

點(diǎn)評(píng)：（1）本題考查了學(xué)生對(duì)阿基米德原理F_浮=G_排=ρ_液V_排g、做功公式和二力平衡條件的掌握和運(yùn)用，關(guān)鍵是對(duì)排水量的理解（滿載時(shí)排開水的質(zhì)量）．
（2）新能源中最矚目的是核能，因?yàn)樗�消耗少、污染小、長(zhǎng)遠(yuǎn)成本低等等，重核裂變和輕核聚變是獲得核能的主要途徑．