Question

15．随着科技的发展，未来的航空母舰上将安装电磁弹射器以缩短飞机起飞距离，如图甲所示，航空母舰的水平跑道总长L=180m，其中电磁弹射器是一种长度为L₁=120m的直线电机，该电机可在弹射时提供一个恒定的牵引力F_牵=5×10⁵N．求：

（1）弹射器对舰载机所做的功．
（2）该舰载机加速起飞后掠海匀速直线飞行至目标地执行任务．图乙是该过程中舰载机的速度和时间图象，请计算出目标地离航母的距离．
（3）为了获得更大的升力，起飞时应让飞机逆风起飞．请用物理知识简要说明理由．

Answer 1

分析 （1）由题干可知：电磁弹射器的长度和牵引力，由功的公式弹射器对舰载机所做的功；
（2）由题知，舰载机加速起飞后掠海匀速直线飞行，由图乙可得出速度和飞行时间利用s=vt求出距离；
（3）根据飞机升力产生的原因回答，飞机的机翼通常都做成上面凸起，下面平直的形状．这样，当飞机起飞时，流过机翼上方的空气流速大，压强小，流过机翼下方的空气流速小，压强大．机翼上下方所受到的压力差便形成向上的升力．

解答 解：（1）弹射器对舰载机所做的功：
W=F_牵L₁=5×10⁵N×120m=6×10⁷J；
（2）由题知，舰载机加速起飞后掠海匀速直线飞行，由图乙可知v=300m/s，t=15min-0.5min=14.5min=870s，
由v=$\frac{s}{t}$得：
s=vt=300m/s×870s=2.61×10⁵m；
（3）因为飞机起飞时流过机翼上方的空气速度快，流过机翼下方的空气流速慢．机翼上下方所受空气的压力差形成向上的升力．当飞机逆风起飞时飞机的速度不需要加速到很大，飞机就可相对空气有一个较大的相对速度，从而获得足够的升力．
答：（1）弹射器对舰载机所做的功为6×10⁷J．
（2）目标地离航母的距离为2.61×10⁵m．
（3）飞机逆风起飞时飞机的速度不需要加速到很大，飞机就可相对空气有一个较大的相对速度，从而获得足够的升力．

点评 本题考查功的计算、速度公式和压强与流速关系的应用，同时考查运用所学的知识来分析解决生活中的问题的能力．