内容正文:
第九章 素养提升
第九章 浮力与升力
1.(2023·汕头期中)建设好的港珠澳大桥由桥梁和海底隧道组成,隧道由一节节用钢筋混凝土做成的空心沉管连接而成,如图所示.建造隧道时,先将沉管两端密封,让其如同一个巨大的长方体空心箱子,然后使其漂浮在海面上,再用船将密封沉管拖到预定海面上,向其内部灌水使之沉入海底.设某一节密封长方体沉管的长、宽、高分别是180 m、35 m、10 m,总质量为6×107 kg.(海水密度取1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
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(1)漂浮在海面上的密封沉管,在灌水前受到的浮力大小F浮=________N.
(2)在对密封沉管灌水使其下沉过程中,其下表面受到海水的压强将________.当密封沉管上表面刚好水平浸没在海水中时,注入的海水至少为________kg,此时其下表面受到海水的压力大小为________N.
(3)当密封沉管灌水下沉到海底后,将其下半部分埋入海底的泥沙中,再将灌入其中的海水全部抽出,此时空心密封沉管不会再上浮,请用浮力的知识来解释其原因.
答:因为__________________________________,所以没有受到浮力.
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6×108
增大
3×106
6.3×108
此时沉管的下表面不受海水的压力
2.(2023·北京一模)阅读短文,回答问题.
“极目一号”Ⅲ型浮空艇
2022年4月28日,“巅峰使命”珠峰科考全面启动.5月15日凌晨1时26分,由中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇(如图甲所示)从海拔4 300 m的科考营地顺利升空,4时40分到达海拔9 032 m处,超过珠峰8 848.86 m的高度,创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录.
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“极目一号”Ⅲ型浮空艇的示意图如图乙所示,其内部上层装有氦气,中间隔开,下层是空气.浮空艇可以用上层的氦气排出下层的部分空气,以此改变自身的重力来上浮,同时使整个浮空艇的压差在安全的范围内.
“极目一号”Ⅲ型浮空艇搭载的观测仪器,主要用于同步记录从地表到9 000 m高空的大气组分数据和水汽传输过程.测量的数据包括大气水汽稳定同位素、黑碳、粉尘、甲烷、二氧化碳等变化,这对研究西风如何影响青藏高原环境变化具有重要作用.
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(1)浮空艇是通过改变________来实现上浮的.
(2)在海拔4 300 m处的空气密度约为0.8 kg/m3,浮空艇总体积为9 060 m3,g取10 N/kg,浮空艇在此处受到空气的浮力大小约为________N.
(3)外形不变的浮空艇在上升过程中,受到空气的浮力变____,其外表面受到的大气压强变____.
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自身重力
72 480
小
小
3.(2023·梅州期中)阅读短文,回答问题.
风洞
风洞即风洞实验室,是以人工的方式产生并控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备.风洞种类繁多,如图甲所示为闭口直流式风洞,其主要组成部分为收缩段、试验段、扩散段和动力装置,动力装置包括直流电机和风扇.风扇开启后,将空气吸入风洞中,通过调节电机转速以获得不同的试验段速度.收缩段前装有整流栅,整流栅做成方格状,用来消除气流中的漩涡,气流通过收缩段后,流速增大,这样可使进入试验段的气流较为均匀.试验段截面是方形的,模型放在其中进行试验.扩散段的功能是使试验段后面的气流减速后再排入大气.
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因为风洞的控制性佳,可重复性高,现今风洞广泛用于空气动力学工程的测试,譬如结构物的风力荷载和振动,风力发电、防风设施的功效等,一些研究也指出风洞实验的结果与现地风场的观测的结果相近.
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(1)用如图甲所示的风洞做实验,实验模型应放置在________段;风机工作时,气流的方向向____ (选填“左”或“右”).
(2)风洞中的整流栅做成方格状的目的是消除气流中的________.
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试验
右
漩涡
(3)将如图乙所示的机翼模型固定在台式测力计上并放置于风洞中,测量风扇工作与不工作时,台式测力计的示数变化.有风时台式测力计的示数比无风时台式测力计的示数____,说明机翼模型在风洞中,上、下表面受到气流的压力差方向向____ (选填“上”或“下”).
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小
上
(4)若如图乙所示的机翼模型在水平风的作用下获得竖直方向的力的大小为F,实验得到F与风速的二次方v2的关系图象如图丙所示.当风速是原来的2倍时,力F的大小是原来的____.
A.2倍
B.4倍
C.0.5倍
D.0.25倍
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(5)在其他条件不变时,试验段的横截面面积越小,试验段的风速越________.
B
大
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