Question

13．目前世界上最先進(jìn)的核潛艇是美國(guó)“海狼”級(jí)核潛艇，其中有一艘“吉米•卡特”號(hào)核潛艇如圖甲所示，其部分性能參數(shù)如表所示，試求：

艦　　　　　號(hào)	吉米•卡特（SSN23）	水下最大航速	38節(jié)
水下排水量	9124t	水下巡航速度	20節(jié)
水面排水量	8060t	最　大　潛　深	610m
艇　　　　　　長(zhǎng)	107.6m	核　反　應(yīng)　堆	1座S6W型壓水堆
艇　　　　　寬	12.9m	發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率	33.57兆瓦

（1）“吉米•卡特”號(hào)核潛艇在水面航行時(shí)受到多大浮力？
（2）它下潛到最大深度時(shí)，艇外每平方分米面積上的壓力有多大？（此處海水密度近似取為水的密度）
（3）該核潛艇在水下勻速航行時(shí)，所受阻力與速度的關(guān)系如圖乙所示，當(dāng)它在水下巡航時(shí)，其動(dòng)力功率應(yīng)為多少？（1節(jié)≈0.5m/s）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)阿基米德原理求出吉米•卡特號(hào)核潛艇在水面航行時(shí)它受到水的浮力，根據(jù)公式p=ρgh，求出壓強(qiáng)；
（2）根據(jù)公式F=pS求出壓力；
（3）根據(jù)圖象讀出核潛艇在水下勻速巡航時(shí)的牽引力，根據(jù)公式P=Fv求出動(dòng)力的功率．

解答 解：
（1）在水面上航行受到的浮力：F_浮=G_排=m_排g=8060×10³ kg×10N/kg=8.06×10⁷N
（2）當(dāng)下潛到最大深度時(shí)每平方分米上受到的壓力為：
F=pS=ρ_海水ghS=1×10³kg/m³×10N/kg×610×10^-2m²=6.1×10⁴N
（3）根據(jù)二力平衡可知，動(dòng)力F與阻力f相等，即它在水下航行速度為20節(jié)時(shí)，由圖象可知：F=f=30×10⁴N，
因此動(dòng)力的功率為P=Fv=30×10⁴N×20×0.5m/s=3×10⁶W．
答：（1）“吉米•卡特”號(hào)核潛艇在水面航行時(shí)受到8.06×10⁷N的浮力；
（2）艇外每平方分米面積上的壓力為6.1×10⁴N；
（3）當(dāng)它在水下巡航時(shí)，其動(dòng)力功率為3×10⁶W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了阿基米德原理和功率公式的應(yīng)用，是一道綜合性題目，屬于難題．