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�；�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�。�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．