Question

10．我國(guó)自主研制的某型新一代戰(zhàn)斗機(jī)，它具備超音速巡航、電磁隱身、超機(jī)動(dòng)性、超視距攻擊等優(yōu)異性能，該飛機(jī)最大起飛質(zhì)量為37t，最大飛行高度達(dá)20000m，最大載油量為10t，飛機(jī)航行時(shí)所受阻力的大小與速度的關(guān)系見表：

速度v/（m/s）	100	200	300	400	500
阻力f/N	0.3×104	1.2×104	2.7×104	4.8×104	7.5×104

已知飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油完全燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是48%，飛機(jī)使用的航空燃油的性質(zhì)：每千克燃油完全燃燒所釋放的熱量為5×10⁷J/kg．求：
（1）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)完全燃燒8.4t燃油獲得的能量是多少J？
（2）如果完全燃燒8.4t燃油所釋放的熱量全部用來加熱水，不考慮熱量的損失，可以使多少質(zhì)量的水溫度從20℃加熱至沸騰（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？
（3）若在油箱中加滿燃油，并且以400m/s的速度巡航時(shí)，飛機(jī)的最大航程約是多少千米？

Answer 1

分析 （1）已知燃油的質(zhì)量，根據(jù)Q=mq求出放出的熱量；
（2）根據(jù)Q=cm（t-t₀）的變形公式求出水的質(zhì)量；
（3）已知飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油完全燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是48%，求得機(jī)械能，從表中查到400m/s時(shí)的阻力，利用W=fs可求得飛機(jī)的最大航程．

解答 解：（1）燃油的質(zhì)量：m=8.4t=8.4×10³kg；燃油完全燃燒放出的熱量：
Q=mq=8.4×10³kg×5×10⁷J/kg=4.2×10¹¹J；
（2）水標(biāo)準(zhǔn)狀況下沸騰的溫度是100℃，
因?yàn)镼_吸=cm（t-t₀），
所以m=$\frac{{Q}_{吸}}{c（t-{t}_{0}）}$=$\frac{4.2×1{0}^{11}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（100℃-20℃）}$=1.25×10⁵kg；
（3）由（1）可知Q=4.2×10¹¹J；
已知飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油完全燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是48%，
則有用功W=48%×Q=48%×4.2×10¹¹J=2.016×10¹¹J，
根據(jù)表格查出400m/s時(shí)的阻力為4.8×10⁴N，
則由W=fs=Fs，可得s=$\frac{W}{f}$=$\frac{2.016×1{0}^{11}J}{4.8×1{0}^{4}N}$=4.2×10⁶m=4.2×10³km．
答：
（1）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)完全燃燒8.4t燃油獲得的能量是4.2×10¹¹J；
（2）如果完全燃燒8.4t燃油所釋放的熱量全部用來加熱水，不考慮熱量的損失，可以使1.25×10⁵kg的水溫度從20℃加熱至沸騰（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）；
（3）若在油箱中加滿燃油，并且以400m/s的速度巡航時(shí)，飛機(jī)的最大航程約是4.2×10³km．

點(diǎn)評(píng) 新一代戰(zhàn)斗機(jī)是一項(xiàng)高科技的研究成果，它包含了眾多與物理學(xué)相關(guān)的知識(shí)，我們應(yīng)該學(xué)會(huì)通過分析材料找出里面所包含的物理信息，并解答相關(guān)的疑問．