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庆祝***海*成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行,图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相,进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为2.8×104kW,完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t(取海水密度ρ=1×103kg/mg=10N/kg)。问:
(1)该潜艇悬浮时,其上一面积为0.05m2的整流罩距海面深度为200m,此时整流罩受到海水的压力为多少? (2)若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为80%,该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时,受到的水平推力为1.6×106N,此时潜艇的巡航速度为多少? (3)该潜艇浮出海面处于漂浮时,露出海面的体积为1.5×103m3,此时潜艇的总重量是多少?
【回答】
解:(1)潜艇下潜到200m深处时,h=200m; 此时整流罩所受海水的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×200m=2×106Pa。 整流罩的面积:S=0.05m2, 由p=变形得,整流罩所受压力为:F=pS=2×106Pa×0.05m2=1×105N。 (2)最大核动力功率:P总=2.8×104kW=2.8×107W; 根据η=可得: 有用功率:P有用=ηP总=80%×2.8×107W=2.24×107W; 由P=Fv得潜艇的巡航速度: v===14m/s; (3)完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t,则V=V排===6.8×103m3。 潜艇浮出海面处于漂浮时,排开水的体积V排′=V-V露=6.8×103m3-1.5×103m3=5.3×103m3, 根据漂浮条件和F浮=ρ液gV排可得,此时潜艇的总重量: G=F浮=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.3×103m3=5.3×107N。 答:(1)整流罩受到海水的压力为1×105N; (2)潜艇的巡航速度为14m/s; (3)该潜艇浮出海面处于漂浮时,潜艇的总重量是5.3×107N。 【解析】
(1)运用液体压强公式p=ρgh,可求压强大小。再根据F=pS可求压力。 (2)根据η=求出有用功率,根据P=Fv即可求出潜艇的巡航速度。 (3)潜艇浮出海面处于漂浮时,求出排开水的体积,利用阿基米德原理和漂浮条件即可求出艇的总重量。 此题是一道力学综合题,熟练运用液体压强公式、浮沉条件、阿基米德原理、功率和效率的计算,关键是会进行必要的变形。
知识点:力和机械 单元测试
题型:实验,探究题
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