Question

7．你可以把輪船改裝成“水下飛機(jī)”嗎？參照你對(duì)飛機(jī)的理解，完成下列問(wèn)題：
（1）為保證船員的生命安全，必須讓這個(gè)水下飛機(jī)在失去動(dòng)力時(shí)自動(dòng)浮上水面，艙體設(shè)計(jì)必須滿足的基本條件是：密封、空心．
（2）若沒(méi)有潛艇的“吸水和排水”裝置，如何讓水下飛機(jī)下沉呢？（要求：用簡(jiǎn)短文字和簡(jiǎn)圖說(shuō)明你的設(shè)計(jì)）
（3）按照你的設(shè)計(jì)，水下飛機(jī)下潛時(shí)，會(huì)停留在需要的深度做水平前進(jìn)嗎？要能控制水下飛機(jī)的下沉速度，并能讓它保持一定深度水平前進(jìn)，你又將怎么改變你的設(shè)計(jì)呢？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)阿基米德原理：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開(kāi)的液體所受的重力．掌握物體的沉浮條件和影響浮力大小的因素以及人們根據(jù)浮力和重力的關(guān)系制成潛水艇．當(dāng)水下飛機(jī)受的浮力大于重力時(shí)，就會(huì)上浮．制作水下飛機(jī)的金屬材料比水的密度大，所以要考慮制成空心的，增大體積，減少重量．
（2）在氣體和液體中，流速越大的地方壓強(qiáng)越�。�解題關(guān)鍵是了解機(jī)翼的形狀特點(diǎn)以及空氣流速與壓強(qiáng)的關(guān)系．機(jī)翼上表面彎曲，下表面平直，所以空氣通過(guò)機(jī)翼上表面的流速大，通過(guò)下表面的流速較�。�因?yàn)闄C(jī)翼上方的空氣流速大，壓強(qiáng)較�。粰C(jī)翼下方的空氣流速小，壓強(qiáng)大，所以飛機(jī)受到一個(gè)向上的升力．若把飛機(jī)機(jī)翼上下表面彎曲程度交換，飛機(jī)就會(huì)受到一個(gè)向下的壓力．
（3）根據(jù)飛機(jī)上升的原理和設(shè)計(jì)的水下飛機(jī)下沉的原理，只要讓機(jī)翼上下表面的彎曲程度可調(diào)即可．

解答 解：（1）為保證船員的生命安全，必須保證不能讓水流進(jìn)艙內(nèi)，所以艙體必須是密閉的．根據(jù)物體的浮沉條件，要使這個(gè)水下飛機(jī)在失去動(dòng)力時(shí)自動(dòng)浮上水面，必須讓它所受的浮力大于它的重力，所以要把艙體設(shè)計(jì)成空心的，使“水下飛機(jī)”變輕，從而上�。�
（2）潛艇的上浮和下潛靠的是改變自身重力，改變自身重力的裝置是“吸水和排水”裝置．水下飛機(jī)沒(méi)有這一裝置，可以從流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系方面考慮，給輪船安裝一對(duì)下凸上平的機(jī)翼．如圖所示：

等質(zhì)量的空氣在相同的時(shí)間內(nèi)同時(shí)通過(guò)機(jī)翼的上表面和下表面，由于機(jī)翼下表面彎曲，上表面平直，所以空氣通過(guò)機(jī)翼下表面的流速大，壓強(qiáng)較小；通過(guò)上表面的流速較小，壓強(qiáng)大，所以“水下飛機(jī)”受到向下的壓力大于向上的壓力，在壓力差的作用下就會(huì)下沉．
（3）按照上述裝置和設(shè)計(jì)原理，“水下飛機(jī)”會(huì)一直下沉，不會(huì)停留在需要的深度做水平前進(jìn)．要使它上浮，需要讓機(jī)翼上表面彎曲、下表面平直，這樣空氣通過(guò)機(jī)翼上表面的流速大，壓強(qiáng)較小；通過(guò)下表面的流速較小，壓強(qiáng)大，“水下飛機(jī)”受到向上的壓力大于向下的壓力，在壓力差的作用下就又開(kāi)始上�。�
故答案為：（1）密封、空心；
（2）給輪船安裝一對(duì)下凸上平的機(jī)翼．機(jī)翼截面如圖所示：

（3）不能；使機(jī)翼的上下表面的彎曲程度可調(diào)（或安裝活動(dòng)機(jī)翼）．

點(diǎn)評(píng) 掌握流體流速和壓強(qiáng)的關(guān)系，并能利用流體壓強(qiáng)知識(shí)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與制作．本題難度較大且具有開(kāi)放性，需要同學(xué)們認(rèn)真思考、開(kāi)動(dòng)腦筋才能解答．