Question

在我國海軍建軍60周年閱兵式上，長征6號、長征3號核動力潛艇和長城218號、長城177號常規動力潛艇接受檢閱．中國的核潛艇部隊，一直是海軍、甚至整個解放軍中最為神秘的部隊，因此，無論出現在海軍閱兵式上的是何種型號的核潛艇，都是中國海軍核潛艇在全世界的首次公開展示，引起了全球的關注．
“長征3”號（403艇）核潛艇，是中國第一代091級攻擊型核潛艇，1983年下水，1998年開始改裝，并于2000年重新入役．長108米，可下潛約300米，攜帶C801反艦導彈（發射筒安裝在指揮臺圍殼后），18枚魚雷．
其主要性能數據如下：
排水量：4500噸（水下），改進型5500噸
尺寸：長90米（改進型98米），寬10米，吃水7.4米
動力：核動力，1座壓水反應堆，90兆瓦，渦輪-電力推進；單軸推進．
航速：25節（水下）．
編制人員：75名．
武備：6具533毫米首發射管．魚雷、水雷、反艦導彈．
聲納：可能包括法國的DUUx-5（1985年安裝）
請根據以上材料回答問題（g取10N/kg）：
（1）核潛艇是靠

改變自重

實現上浮和下沉的；
（2）長征3號核潛艇，最深可下潛約300米，則潛艇所受海水的壓強是

3.09×10⁶

帕（海水的密度為1.03g/cm³）？
（3）以前的常規潛艇由蓄電池提供動力，不得不定期浮出水面或靠近水面，開動柴油機補充電力．長征3號核潛艇采用核燃料作為動力，利用核燃料的

裂變

（裂變或者聚變）反應提供能源．可以長時間水下航行，輕松做到“要打可打，要走可走”；
（4）當核潛艇從水面上潛到水下的過程中時，所受的浮力隨著深度的增加變化情況是

先增大后不變

，請在坐標中大致畫出潛艇浮力-深度的圖象，根據材料提供的數據計算，改進后的“長征3”號核潛艇水下潛行時，所受的浮力等于多少N？
（5）核潛艇在水下行駛的過程中，利用聲納和雷達系統對目標進行探測、定位和通信，聲納和雷達系統分別是利用

超聲

波和

電磁

波實現通訊的；在常規的潛艇里，潛艇露出水面時，利用潛望鏡進行觀察海面上的情況，潛望鏡是利用

平面

鏡（凸透鏡、凹透鏡、平面鏡等），根據光的

反射

現象觀察情況的，潛望鏡里看的像與物體相比較的特點為

大小相等

；
（6）艇上的空氣再生是靠電解水制造氧氣，這個過程是

電

能轉化為

化學

能，用吸收劑消解二氧化碳，再通過核裝置與過濾器驅除有害廢氣．
（7）長征3號核潛艇采用水滴型線型外型結構，這樣的好處是

減小水對潛艇的阻力

；
（8）已知1節=1.852km/h，則長征3號核潛艇的航速為

12.9

m/s．

Answer 1

分析：（1）潛水艇浸沒在水中，潛水艇的體積不變（排開水的體積不變），受浮力不變；通過讓海水進、出壓力艙改變潛水艇受到的重力，根據物體的浮沉條件分析是怎么上浮或下沉的．
（2）知道海水的密度和核潛艇下潛的深度，可利用公式p=ρgh計算出潛艇所受海水的壓強．
（3）核裂變和核聚變都能釋放能量，但是又有區別，對于核裂變是可控的，如核電站的核反應堆就是通過核裂變提供能量的，對于核聚變過程不可控，如氫彈爆炸就是利用核聚變釋放能量．
（4）當核潛艇從水面上潛到水下的過程中時，排開水的體積先變大、后不變，根據阿基米德原理分析受浮力變化；
知道核潛艇水下潛行時的排水量，利用重力公式求排開水重，所受的浮力等于排開水的重；
（5）聲吶是利用超聲波的應用，通信是靠電磁波；潛望鏡是利用的平面鏡，根據平面鏡成像的原理和特點分析；
（6）電解水是消耗電能轉化為化學能；
（7）潛水艇在水中潛行時，受到水的很大的阻力，為了減小水的阻力，采用水滴型線型外型結構；
（8）求出25節的速度，再進行單位換算．

解答：解：（1）在水中，潛水艇受到水的浮力和重力的作用，
∵F_浮=ρ_水v_排g，潛水艇的體積不變，排開水的體積不變，
∴潛水艇受到水的浮力不變；
把壓縮空氣壓入潛水艇的壓力艙，將海水排出，潛水艇自重G減小，當F_浮＞G時，潛水艇上浮；打開壓力艙的閥門，讓海水進入壓力艙內，潛水艇自重G增大，當F_浮＜G時，潛水艇下沉；當F_浮=G時，潛水艇懸浮，可以停留在任何深度；
由此可見，潛水艇能夠上浮和下沉是通過改變自重來實現的．
（2）潛艇所受海水的壓強為：
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×300m=3.09×10⁶Pa．
（3）由于核裂變是可控的，故核電站中的核反應堆就是通過核裂變過程中釋放核能帶動發電機發電的．
（4）當核潛艇從水面上潛到水下的過程中時，排開水的體積先變大、后不變，由F_浮=ρ_水V_排g可知潛艇受到的浮力先變大、后不變，如圖所示：
核潛艇水下潛行時，所受的浮力：
F_浮=G_排=m_排g=5500×10³kg×10N/kg=5.5×10⁷N；
（5）聲納和雷達系統分別是利用超聲波和電磁波；潛望鏡是利用平面鏡，根據光的反射現象觀察情況的，潛望鏡里看的像與物體相比較的特點為大小相等；
（6）電解水制造氧氣，這個過程是電能轉化為化學能；
（7）核潛艇采用水滴型線型外型結構，這樣的好處減少水對潛艇的阻力；
（8）潛艇的速度：
v=1.852km/h×25=46.3km/h≈12.9m/s．
故答案為：（1）改變自重；（2）3.09×10⁸；（3）裂變；
（4）先變大、后不變，5.5×10⁷；
（5）超聲，電磁，平面鏡，光反射，大小相等；
（6）電能，化學能；（7）減少水對潛艇的阻力；（8）12.9．

點評：利用所學知識解釋潛艇的相關問題，學以致用，有意義！本題關鍵是認真審題，從中得出相關信息．