Question

3．如图是我国自行研发的“歼-20”战机在空中飞行的雄姿，它是中国研制的新一代双 发重型隐形战斗机，将负担起中国未来对空、对海的主权维护任务．（g=10N/kg）
（1）飞机能够升空，是因为机翼上表面受到的气压小于（填“大于”、“等于”或“小于”） 机翼下表面的气压；“歼-20”战机的最大起飞质量是 37 吨，在空中沿水平方向匀速飞行时，它受到的升力为3.7×10⁵N．
（2）该飞机空载时质量约为 33.6 吨，每个轮子与地面的接触面积均为 0.02㎡，（按三个相 同的轮子与地面接触计算），则它静止在地面上对地面的压强是多大？
（3）当“歼-20”发动机以7.5×10⁴N 的推力使其以 500m/s 的速度飞行时，发动机推力的 功率是多大？1h内发动机对飞机做功为多少？

Answer 1

分析 （1）机翼是向上凸起的，相同时间内空气通过机翼上方时的路程大于下方的路程，通过上方的速度大于下方的速度，上方的压强小于下方的压强，机翼受到向上的压力差的作用．
飞机在水平方向上匀速直线飞行时，竖直方向上受到竖直向下的重力和竖直向上的升力作用，这两个力是平衡力．
（2）飞机的质量是已知的，根据G=mg求出飞机的重力，飞机在水平地面上，对地面的压力等于飞机的重力，受力面积等于三个相 同的轮子与地面接触计算，根据压强公式p=$\frac{F}{S}$求出轿机对水平地面的压强．
（3）根据公式P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出发动机推力的功率，再根据公式P=$\frac{W}{t}$求出发动机做的功．

解答 解：（1）机翼呈向上突起状，相同时间内，空气通过上方的路程大于下方的路程，机翼上方的空气流动速度大于下方的空气流动速度，机翼上方的压强小于下方的压强，产生向上的升力作用．
飞机在水平方向上匀速直线飞行时，竖直方向上受到竖直向下的重力和竖直向上的升力，两个力是平衡力，大小相等，由重力公式得，其升力F=G=mg=3.7×10⁴kg×10N/kg=3.7×10⁵N；
（2）飞机的质量：m=33.6t=3.36×10⁴kg，
轿车空载静止在地面上时，地面受到的压力：
F′=G=mg=3.36×10⁴kg×10N/kg=3.36×10⁵N，
地面的受力面积：S=0.02m²×3=0.06m²，
它静止在地面上对地面的压强：
p=$\frac{F′}{S}$=$\frac{3.36×1{0}^{5}N}{0.06{m}^{2}}$=5.6×10⁶Pa；
（3）发动机推力的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=7.5×10⁴N×500m/s=3.75×10⁷W；
1h内发动机对飞机做功：
W=Pt=3.75×10⁷W×3600s=1.35×10¹¹J．
答：（1）小于；3.7×10⁵；
（2）它静止在地面上对地面的压强是5.6×10⁶Pa；
（3）当“歼-20”发动机以7.5×10⁴N 的推力使其以 500m/s 的速度飞行时，发动机推力的 功率是3.75×10⁷W；1h内发动机对飞机做功为1.35×10¹¹J．

点评 本题考查了流体压强和流速的关系、二力平衡条件及其应用、压强的计算，功和功率的计算，是一道综合性很强的题目，关键是知道物体对水平面的压力和自身的重力相等，并注意到受力面积等于三个轮胎和地面的接触面积．