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．
其主要性能數據如下：
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座壓水反應堆，90兆瓦，渦輪-電力推進；單軸推進．
航速：25節（水下）．
編制人員：75名．
武備：6具533毫米首發射管．魚雷、水雷、反艦導彈．
聲納：可能包括法國的DUUx-5（1985年安裝）
請根據以上材料回答問題：
（1）核潛艇是靠什么實現上浮和下沉的；

靠改變自身的重力．

（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

（裂變或者聚變）反應提供能源．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．根據材料提供的數據計算，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

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，但是又有區別，對于核裂變是可控的，如核電站的核反應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．

解答：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，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堆就是通過核裂變過程中釋放核能帶動發電機發電的．
（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．

點評：利用所學知識解釋潛艇的相關問題，學以致用，有意義！本題關鍵是認真審題，從中得出相關信息．