Question

（2009?沭陽縣模擬）如圖中的．“翔鳳”（ARJ21）是我國第一次完全自主設計并制造的支線飛機．于2008年11月28日試飛首飛1h獲得了成功，并計劃在2009年開始逐步投入規模化生產．
（1）翔鳳（ARJ21）支線客機使用的是噴氣式發動機，其原理是：將吸入的空氣與燃油混合，點火爆炸后膨脹產生高速空氣向后噴出，發動機將空氣向后噴出時推動飛機向前運動．這是因為

物體間力的作用是相互的

．
（2）飛機的升力是由于機翼上、下表面出現了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力．這樣飛機借助機翼上獲得的升力克服地球引力，從而翱翔在藍天上了．飛機機翼導流板橫截面的形狀是下列四圖中的

D

．

（3）物體在流體（液體和氣體）中運動時，受到阻礙物體運動的力，稱作為“流體阻力”．飛機機身設計成“流線形”是為了減小

空氣阻力

．影響“流體阻力”大小的因素有物體的形狀和大小、物體表面的粗糙程度、物體和液體間相對運動的速度以及物體垂直于運動方向的橫截面大小．某同學為了驗證“流體阻力的大小與運動物體表面粗糙程度有關”，設計了如下實驗方案：
①用彈簧測力計拉一艘表面光滑的船模型在水中運動，并記下彈簧測力計的示數F₁；
②用彈簧測力計拉另一艘表面粗糙的船模型在水中運動，并記下彈簧測力計的示數F₂；
③通過比較F₁與 F₂的大小，就能得出物體受到流體阻力是否與物體表面粗糙程度有關．
請你對該同學的實驗方案進行評估，指出其中存在的問題（僅要求寫兩點）：
A．

拉動時，彈簧測力計要水平運動

；B．

拉動時，彈簧測力計要做勻速運動

．
（4）飛機在跑道上緩慢滑行時，通過跑道上的壓力感應裝置測得飛機前輪壓強為2.0×10⁵Pa，后輪壓強為2.5×10⁵Pa，已知前輪觸地總面積0.25m²，后輪觸地總面積1.2m²．求此滑行飛機的質量．
（5）“翔鳳”首次試飛1h消耗燃油1.5T，行程600km，已知航空燃油的熱值為8.0×10⁷J/kg，發動機效率為20%，求飛機在試飛時獲得的平均水平推力．

Answer 1

分析：（1）噴氣飛機向后噴出氣體，給氣流有一個向后的力的作用，故此時根據物體間力的作用是相互的進行解釋即可；
（2）流線型在空中飛行，產生向上的力還是向下的力，主要比較上下的壓強，即比較上下的空氣流速；
（3）物體所受流體阻力的大小與它自身的形狀有關；由于物體所受流體阻力的大小有多個因素有關，實驗時要用到控制變量法，如從拉力和阻力是否相等、拉力的方向如何等角度分析即可；
（4）已知前輪和后輪受到的壓強與接觸面積，根據公式F=PS可求地面受到的壓力，前后輪對地面的壓力之和等于飛機所受的重力，從而求出飛機的質量．
（5）先據公式Q=mq求出燃油所產生的熱量，而后據機械效率求出有效利用的能量即有用功，在據公式W_有=FS的變形公式求出F即可．

解答：解：（1）火箭向后噴出氣流，火箭對氣流有向后的力，由于力的作用是相互的，氣流對火箭有向前的力的作用，從而推動火箭前進；
（2）飛機的機翼的設計應該有利于飛機的起飛，即有利于飛機受到向上的升力作用，故據壓強與流速的關系不難看出，機翼下方的空氣流速應該小，壓強大；機翼上方的空氣流速大，壓強小，從而使得機翼受到向上的升力，故分析四個選項不難看出D是正確的；
（3）飛機機身設計成“流線形”是為了減小空氣阻力；
在這里，我們把小船所受的阻力轉化為了測力計的示數，故我們應從測力計的示數和小船的阻力相等的角度分析，即需要讓彈簧測力計要水平運動，且彈簧測力計要做勻速運動等；
（4）前輪對地面的壓力F₁=p₁?s₁=2×10⁵Pa×0.25m²=0.5×10⁵N；
后輪對地面的壓力F₂=p₂?s₂=2.5×10⁵Pa×1.2m²=3×10⁵N；
飛機對地面的壓力等于飛機自身的重力G=F₁+F₂=3.5×10⁵N；
所以飛機的質量m=

G

g

=

3.5×105N

10N/kg

=3.5×10⁴kg．
（5）燃油燃燒所釋放的總熱量是：Q_總=mq=1.5×10³kg×8.0×10⁷J/kg=1.2×10¹¹J；
其有效利用的熱量是：
W_有=ηQ_總=1.2×10¹¹J×20%=2.4×10¹⁰J
據公式：W_有=Fs 得：F=

W有

S

=

2.4×1010J

600000m

=4×10⁴N．
故答案為：（1）物體間力的作用是相互的；（2）D；（3）空氣阻力；A．拉動時，彈簧測力計要水平運動；B．拉動時，彈簧測力計要做勻速運動；（4）3.5×10⁴kg；（5）4×10⁴N．

點評：本題考查重力、壓力、質量、熱量、機械效率等的計算，熟悉上述計算公式，知道在水平面上物體對地面的壓力等于物體自身的重力，且能利用流體壓強與流速的關系解釋現實問題是解決該題的關鍵．