问题补充:
如图所示是我国新装配的水陆两用坦克,总质量约为20吨,配备的是柴油发动机,输出功率为400kW,在水中最大行驶速度约为5m/s;
(1)该坦克在河水中行驶时排开水的体积约为多少?
(2)当在水中以最大速度匀速行驶时其受到的阻力约为多少?
(3)如果该坦克匀速行驶半小时需要消耗120千克柴油,求该机的效率是多少?(柴油的热值为3×107J/kg,g=10N/kg)
答案:
解:(1)∵在水上航行时,坦克漂浮,
坦克所受浮力:
F浮=G坦克=m坦克g=20×103kg×10N/kg=2×105N.
∵F浮=ρ水gV排,
∴坦克排开水的体积:
v排===20m3;
(2)∵P===Fv,
∴牵引力大小:
F===8×104N,
∵坦克匀速行驶,
∴坦克受到的阻力:
f=F=8×104N;
(3)坦克匀速行驶0.5h转化成的机械能:
W有用=Pt=400000W×1800s=7.2×108J,
柴油完全燃烧放出的热量:
Q=mq=120kg×3×107J/kg=3.6×109J,
η===20%.
答:(1)该坦克在河水中行驶时排开水的体积约为20m3;
(2)当在水中以最大速度匀速行驶时其受到的阻力约为8×104N;
(3)柴油机的效率是20%.
解析分析:(1)知道坦克的质量,利用重力公式G=mg求坦克的重力;在水上航行时,坦克漂浮,根据漂浮条件求坦克受到的浮力;再根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排求排开水的体积;
(2)知道柴油发动机的输出功率和坦克的最大行驶速度,利用P===Fv求牵引力大小,再根据匀速行驶、受力平衡求受到的阻力;
(3)知道柴油发动机的输出功率和行驶时间,利用W=Pt求转化成的机械能(有用能量),利用Q放=mq求出柴油完全燃烧放出的热量(总能量),根据效率公式求柴油机的效率,
点评:本题考查了重力的公式、阿基米德原理及推导公式、效率公式、燃料完全燃烧放热公式、功率公式、速度公式,知识点多、综合性强,属于难题,但涉及到新型水路两用坦克,学生感兴趣!
如图所示是我国新装配的水陆两用坦克 总质量约为20吨 配备的是柴油发动机 输出功率为400kW 在水中最大行驶速度约为5m/s;(1)该坦克在河水中行驶时排开水的体积