Question

2009年4月在我國海軍建軍60周年閱兵式上，“長征3”號（403艇）核潛艇，是中國第一代091級攻擊型核潛艇．
其主要性能數(shù)據(jù)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(yīng)堆，90兆瓦，渦輪-電力推進；單軸推進．
航速：25節(jié)（水下）．
編制人員：75名．
武備：6具533毫米首發(fā)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(jù)以上材料回答問題：
（1）核潛艇是靠什么實現(xiàn)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多少帕（海水的密度為1.03g/cm³）？
（3）以前的常規(guī)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______（裂變或者聚變）反應(yīng)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，請在坐標中大致畫出潛艇浮力-深度的圖象．根據(jù)材料提供的數(shù)據(jù)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？

Answer 1

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(nèi)，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身重來實現(xiàn)的．
（2）潛艇所受海水的壓強為：
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×9.8N/kg×300m=3.0282×10⁶Pa．
（3）由于核裂變是可控的，故核電站中的核反應(yīng)堆就是通過核裂變過程中釋放核能帶動發(fā)電機發(fā)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×9.8N/kg=5.39×10⁷N；
故答案為：（1）靠改變自身的重力；
（2）潛艇所受海水的壓強是3.0282×10⁶Pa；
（3）裂變；
（4）圖象如上圖；改進后的“長征3”號核潛艇水下潛行時，所受的浮力等于5.39×10⁷N．
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(jù)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(qū)別，對于核裂變是可控的，如核電站的核反應(yīng)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(jù)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．
點評：利用所學知識解釋潛艇的相關(guān)問題，學以致用，有意義！本題關(guān)鍵是認真審題，從中得出相關(guān)信息．