请阅读《仿生学—潜水艇》并回答问题。
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
鱼儿在水中有自由来去的本领,人们就模仿鱼类的形体造船,以木桨仿鳍。我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯,他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践,逐渐改成橹和舵,增加了船的动力,掌握了使船转弯的手段。
鱼儿还能在水中自由自在的上浮和下潜,你们知道是为什么吗?在鱼的肚腔的软腹部位有鱼鳔,鱼鳔里面全是气体,可以收缩或膨胀,如图所示。鱼鳔是鱼游泳时在水中深浅位置的调节器,当鱼在栖息的水层用尾鳍使鱼体稍向下沉时,随着水深增加,水对鱼体的压强增大,鱼体对鱼鳔的压强增大,鱼鳔收缩,鱼肚变小,减少鱼体排水量,所受浮力变小,鱼便自然下潜。反之,鱼从较深处向原栖息水层(上层)游动时,水压减小,鱼鳔膨胀使鱼肚变大,鱼体排水量增加,鱼所受浮力加大,自然上浮。人们发明潜水艇的灵感就来自可以在水中任意上下游动的鱼。
在人类的历史中,人类从动物身上得到许许多多宝贵的启示,根据动物的体型结构和特殊功能,发明了各种先进的设备应用于生活中,这就是仿生学。同学们,神奇的大自然,等待着你们去观察、去学习。希望你们通过学习物理,能以物理学视角去认识自然、理解自然,从自然界获得更多的启示。
请根据上述材料,回答下列问题
(1)当鱼上浮时,鱼鳔会______ (选填“收缩”或“膨胀”);
(2)请你简述鱼类下潜和潜艇下潜的原理;______
(3)请你再列举一个仿生学应用的实例。______
仿生学—潜水艇
自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
鱼儿在水中有自由来去的本领,人们就模仿鱼类的形体造船,以木桨仿鳍。我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯,他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践,逐渐改成橹和舵,增加了船的动力,掌握了使船转弯的手段。
鱼儿还能在水中自由自在的上浮和下潜,你们知道是为什么吗?在鱼的肚腔的软腹部位有鱼鳔,鱼鳔里面全是气体,可以收缩或膨胀,如图所示。鱼鳔是鱼游泳时在水中深浅位置的调节器,当鱼在栖息的水层用尾鳍使鱼体稍向下沉时,随着水深增加,水对鱼体的压强增大,鱼体对鱼鳔的压强增大,鱼鳔收缩,鱼肚变小,减少鱼体排水量,所受浮力变小,鱼便自然下潜。反之,鱼从较深处向原栖息水层(上层)游动时,水压减小,鱼鳔膨胀使鱼肚变大,鱼体排水量增加,鱼所受浮力加大,自然上浮。人们发明潜水艇的灵感就来自可以在水中任意上下游动的鱼。
在人类的历史中,人类从动物身上得到许许多多宝贵的启示,根据动物的体型结构和特殊功能,发明了各种先进的设备应用于生活中,这就是仿生学。同学们,神奇的大自然,等待着你们去观察、去学习。希望你们通过学习物理,能以物理学视角去认识自然、理解自然,从自然界获得更多的启示。
请根据上述材料,回答下列问题
(1)当鱼上浮时,鱼鳔会
(2)请你简述鱼类下潜和潜艇下潜的原理;
(3)请你再列举一个仿生学应用的实例。
更新时间:2023-01-03 20:19:01
|
相似题推荐
科普阅读题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐1】阅读短文,回答问题。
如图甲,地效翼船停在水面像船,起飞后更像飞机,既可以在水中航行,又可以贴近水面飞行。这种海上飞船除了能借助机翼获得升力外,还巧妙地利用了翼地效应。翼地效应即当运动的飞行器掉到距地面(或水面)很近时,气流流过机翼后会向后下方流动,这时地面(或水面)将产生一股向上的反推力,使整个机体的上下压力差增大,升力会陡然增加,阻力减小。如图是我国研制成功的某型号地效翼船H,它的参数如下表一所示。(升阻比是指飞行器在飞行过程中,升力与飞行阻力的比值,当飞行器受到的升力大于或等于总重时才能飞行)
表一:
地效翼船H在海面航行时受到阻力f与速度v的变化关系如下表二所示。(已知海水密度为1.0×103 kg/m3,g取10N/kg)
表二:
(1)地效翼船在海面上方飞行时,与海水面脱离接触,大大减小了___________ ;
(2)下列有关地效翼船的说法中正确的是___________ ;
A.地效翼船外壳的特种钢板硬度小
B.翼地效应使船获得升力的施力物体是空气
C.地效翼船升空时受到大气压变小
D.地效翼船从长江驶入东海所受浮力变大
(3)地效翼船H满载后停在海面时,受到的浮力为___________ N,排开海水的体积为___________ m3;
(4)请在图乙中描点作出地效翼船H在海面航行时受到阻力f与速度v的关系图线___________ ;当地效翼船H海面以30m/s匀速航行时,发动机提供的牵引力为___________ N;
(5)当地效翼船H以55m/s的水平速度飞行时,载重为500kg,升阻比为25,则它受到的飞行阻力为___________ N;
(6)若有6位中学生从岸上登上地效翼船H参观,则地效翼船H排开海水的体积约增加___________ m3。(已知每位中学生的质量约为60kg)
地效翼船
如图甲,地效翼船停在水面像船,起飞后更像飞机,既可以在水中航行,又可以贴近水面飞行。这种海上飞船除了能借助机翼获得升力外,还巧妙地利用了翼地效应。翼地效应即当运动的飞行器掉到距地面(或水面)很近时,气流流过机翼后会向后下方流动,这时地面(或水面)将产生一股向上的反推力,使整个机体的上下压力差增大,升力会陡然增加,阻力减小。如图是我国研制成功的某型号地效翼船H,它的参数如下表一所示。(升阻比是指飞行器在飞行过程中,升力与飞行阻力的比值,当飞行器受到的升力大于或等于总重时才能飞行)
表一:
自重/kg | 2500 | 最大载重/kg | 1250 |
升阻比 | 20~40 | 单次最大飞行距离/km | 600 |
表二:
速度v(m/s) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
阻力f(×104N) | 1.0 | 4.0 | 9.0 | 16 | 25 |
(2)下列有关地效翼船的说法中正确的是
A.地效翼船外壳的特种钢板硬度小
B.翼地效应使船获得升力的施力物体是空气
C.地效翼船升空时受到大气压变小
D.地效翼船从长江驶入东海所受浮力变大
(3)地效翼船H满载后停在海面时,受到的浮力为
(4)请在图乙中描点作出地效翼船H在海面航行时受到阻力f与速度v的关系图线
(5)当地效翼船H以55m/s的水平速度飞行时,载重为500kg,升阻比为25,则它受到的飞行阻力为
(6)若有6位中学生从岸上登上地效翼船H参观,则地效翼船H排开海水的体积约增加
您最近一年使用:0次
科普阅读题
|
较难
(0.4)
【推荐2】阅读短文,回答问题。
歼15舰载机
歼15(简称J15)是我国第一代多用途舰载喷气式战斗机(如图)。我国第一艘国产航母山东号,排水量五万吨,满载排水量六万五千吨,可搭载至少三十四架固定翼舰载战斗机歼15。如表是歼15战斗机的部分技术参数。
推重比是指飞机飞行时发动机的总推力与飞机总重的比值。所谓翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值。(g=10N/kg)
(1)歼15拥有良好的大仰角升力特性,当它在大仰角加速上升或做较大幅度的瞬时滚转时,受到______ (选填“平衡力”或“非平衡力”)的作用,它的机翼外形做成上凸下平的流线型是利用了______ ,从而产生了较大的升力。
(2)下列关于歼15舰载机的相关描述中,不正确的是______ 。
A.歼15飞机应采用的最合适的材料是密度小,硬度大的合金材料
B.歼15飞机在空中对接加油时,与加油机要尽可能做到保持相对静止
C.歼15飞机起飞时,获得推力的施力物体是发动机
D.歼15飞机静止在航母甲板时,飞机受到的重力与支持力是一对平衡力
(3)当歼15飞机空机停在山东号航母甲板上时,与甲板的总接触面积为5000cm2,则飞机对甲板的压强为______ Pa,若因执行任务,其中两架歼15机起飞以后,则航母将______ (选填“上浮”或“下沉”)一些。
(4)若歼15飞机的翼载是500kg/m2,则机翼面积为______ m2;强度比是材料所能承受的最大撞击力与最大拉力的比值。在航母上的飞机拦阻索建造时,已知该材料的强度比是0.8,要让拦阻索材料能够承受的飞机着舰时最大撞击压强为4×108Pa,那么使用的材料1cm2面积能承受的最大拉力为______ N。
(5)该舰载机以720km/h速度匀速飞行时的推重比为0.5,则歼15飞机飞行1h克服阻力做功为______ J,其发动机推力的功率为______ kW(可以认为舰载机的总重为其最大起飞重力)。
歼15舰载机
歼15(简称J15)是我国第一代多用途舰载喷气式战斗机(如图)。我国第一艘国产航母山东号,排水量五万吨,满载排水量六万五千吨,可搭载至少三十四架固定翼舰载战斗机歼15。如表是歼15战斗机的部分技术参数。
空机质量 | 最大起飞质量 |
17.5t | 32.5t |
推重比 | 发动机最大巡航推力 |
0.4~0.9 | 2.5×105N |
推重比是指飞机飞行时发动机的总推力与飞机总重的比值。所谓翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值。(g=10N/kg)
(1)歼15拥有良好的大仰角升力特性,当它在大仰角加速上升或做较大幅度的瞬时滚转时,受到
(2)下列关于歼15舰载机的相关描述中,不正确的是
A.歼15飞机应采用的最合适的材料是密度小,硬度大的合金材料
B.歼15飞机在空中对接加油时,与加油机要尽可能做到保持相对静止
C.歼15飞机起飞时,获得推力的施力物体是发动机
D.歼15飞机静止在航母甲板时,飞机受到的重力与支持力是一对平衡力
(3)当歼15飞机空机停在山东号航母甲板上时,与甲板的总接触面积为5000cm2,则飞机对甲板的压强为
(4)若歼15飞机的翼载是500kg/m2,则机翼面积为
(5)该舰载机以720km/h速度匀速飞行时的推重比为0.5,则歼15飞机飞行1h克服阻力做功为
您最近一年使用:0次
科普阅读题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】阅读短文,回答问题
【实地学习】小明到科技馆了解无人机的结构及升空原理,如图甲所示,无人机由机身、机翼、尾翼和起落装置、动力装置等部分组成。机头呈现出流线型,可有效减小飞行的阻力.机翼面积较大,且它的剖面呈上凸下平,起飞前,机翼前方的螺旋桨转动,驱动无人机向前加速,空气从机翼的上、下表面流过,上表面比下表面长,因此空气在机翼上表面的速度比下表面快,伯努利原理指出,空气流速越大,其压强就越小,流速越小,压强就越大。无人机速度达到一定值,机翼上、下表面产生的向上的压力差(升力)足以克服自身的重力时,随即升空。讲解员还介绍了升力与迎角(机翼和气流角度)的关系,如图乙所示。
【实验设计】小明利用无人机模型、电子秤、电风扇等器材研究升力与速度的关系,将模型放在电子秤上,并正对电风扇,模拟无人机的加速过程,通过电子秤示数分析知道升力的大小,风量Q是指单位时间内从电风扇正面流出的空气的体积,如图丁所示。表一:电风扇的性能指标
表二:
【进行实验】无人机模型放在电子秤上,电子秤的示数为,启动电风扇,并将电风扇调节到不同挡位,读出电子秤的示数,填入表二。
【交流评价】小明和同学们从如何让无人机升空等方面进行了交流评价。
(1)关于无人机,下列对应关系不正确 的是________ 。
A.升力的施力物体一一空气
B.流线型机头一一减小空气阻力
C.克服自身的重力一一重力消失
D.螺旋桨驱动——力的作用是相互的
(2)分析图乙可知,当迎角为0时,升力约为________ N,当迎角逐渐增大,升力会________ 。
(3)分析表一可知强风挡的风速________ ,风扇正面出风的面积________ (保留两位小数);进一步分析表一、表二可知:当超强风档时,电子秤受到无人机的压力________ N;该无人机模型相对于空气的速度增加到约________ (选填“20”、“60”或“120”)时,它就能升空。()
(4)为了让无人机升空,除提高速度以外,请你再提出两个合理化的建议。①________ ;②________ 。
综合实践活动——研究固定翼无人机的升力
【提出问题】无人驾驶飞机简称“无人机”,固定翼无人机升空之前,为什么要在水平跑道上加速到一定速度才能升空呢?【实地学习】小明到科技馆了解无人机的结构及升空原理,如图甲所示,无人机由机身、机翼、尾翼和起落装置、动力装置等部分组成。机头呈现出流线型,可有效减小飞行的阻力.机翼面积较大,且它的剖面呈上凸下平,起飞前,机翼前方的螺旋桨转动,驱动无人机向前加速,空气从机翼的上、下表面流过,上表面比下表面长,因此空气在机翼上表面的速度比下表面快,伯努利原理指出,空气流速越大,其压强就越小,流速越小,压强就越大。无人机速度达到一定值,机翼上、下表面产生的向上的压力差(升力)足以克服自身的重力时,随即升空。讲解员还介绍了升力与迎角(机翼和气流角度)的关系,如图乙所示。
【实验设计】小明利用无人机模型、电子秤、电风扇等器材研究升力与速度的关系,将模型放在电子秤上,并正对电风扇,模拟无人机的加速过程,通过电子秤示数分析知道升力的大小,风量Q是指单位时间内从电风扇正面流出的空气的体积,如图丁所示。表一:电风扇的性能指标
挡位 | 弱 | 中 | 强 | 超强 |
风量 | 8 | 12 | 16 | 24 |
风速 | 1.0 | 1.5 | ________ | 3.0 |
挡位 | 弱 | 中 | 强 | 超强 |
电子秤示数 | 798 | 796 | 792 | 782 |
【交流评价】小明和同学们从如何让无人机升空等方面进行了交流评价。
(1)关于无人机,下列对应关系
A.升力的施力物体一一空气
B.流线型机头一一减小空气阻力
C.克服自身的重力一一重力消失
D.螺旋桨驱动——力的作用是相互的
(2)分析图乙可知,当迎角为0时,升力约为
(3)分析表一可知强风挡的风速
(4)为了让无人机升空,除提高速度以外,请你再提出两个合理化的建议。①
您最近一年使用:0次
科普阅读题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐1】阅读短文,回答问题。
海水跃层也称“跃变层”,它是指海水中某水文要素在竖直方向上出现突变或不连续剧变的水层。如果海水跃层是上层密度大、下层密度小的状态,形成负密度梯度跃变层,被称为“海中断崖”。潜艇在水下航行时,如突遭“海中断崖”,会急剧掉向海底,称为“掉深”,大多数常规潜艇的有效潜深为300m,潜艇不受控制地掉到安全潜深以下时,会被巨大的海水压力破坏,造成失事。
中国海军372潜艇在一次战备巡逻中,遇上“掉深”的情况。这次潜艇掉的又快又深,潜艇的主机舱管路发生破损,艇长立即发出命令:“损管警报!向所有水柜供气!”。不到10秒钟,应急供气阀门打开,所有水柜开始供气;1分钟内,上百个阀门关闭,数十种电气设备关闭;2分钟后,全艇各舱室封舱完毕,潜艇“掉深”有所减缓,但依然继续;3分钟后,“掉深”终于停止,潜艇开始缓慢上升。372潜艇闯过鬼门关,化险为夷,创造了我军乃至世界潜艇史上的奇迹。(取海水的密度为1×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)潜艇遇到“海中断崖”时,潜艇所受的浮力突然_____ (选填“变大”或“变小”),潜艇会失去平衡而急剧下沉;
(2)潜艇下潜至300m深度时受到海水的压强等于标准大气压的_____ 倍;(1标准大气压取1×105Pa)
(3)“向所有的水柜供气”的目的是_____ (选填“增大”或“减小”)潜艇自身的重力;
(4)2分钟后,潜艇“掉深”有所减缓,但不会立即停止,原因是潜艇具有_____ ;
(5)某潜艇的质量为2.6×103t,体积为3×103m3,要使它从海面潜入海水中,至少要向水柜充入_____ m3的海水。
绝境重生的372潜艇
海水跃层也称“跃变层”,它是指海水中某水文要素在竖直方向上出现突变或不连续剧变的水层。如果海水跃层是上层密度大、下层密度小的状态,形成负密度梯度跃变层,被称为“海中断崖”。潜艇在水下航行时,如突遭“海中断崖”,会急剧掉向海底,称为“掉深”,大多数常规潜艇的有效潜深为300m,潜艇不受控制地掉到安全潜深以下时,会被巨大的海水压力破坏,造成失事。
中国海军372潜艇在一次战备巡逻中,遇上“掉深”的情况。这次潜艇掉的又快又深,潜艇的主机舱管路发生破损,艇长立即发出命令:“损管警报!向所有水柜供气!”。不到10秒钟,应急供气阀门打开,所有水柜开始供气;1分钟内,上百个阀门关闭,数十种电气设备关闭;2分钟后,全艇各舱室封舱完毕,潜艇“掉深”有所减缓,但依然继续;3分钟后,“掉深”终于停止,潜艇开始缓慢上升。372潜艇闯过鬼门关,化险为夷,创造了我军乃至世界潜艇史上的奇迹。(取海水的密度为1×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)潜艇遇到“海中断崖”时,潜艇所受的浮力突然
(2)潜艇下潜至300m深度时受到海水的压强等于标准大气压的
(3)“向所有的水柜供气”的目的是
(4)2分钟后,潜艇“掉深”有所减缓,但不会立即停止,原因是潜艇具有
(5)某潜艇的质量为2.6×103t,体积为3×103m3,要使它从海面潜入海水中,至少要向水柜充入
您最近一年使用:0次
科普阅读题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐2】阅读短文,回答问题:___________ ,所受浮力 ___________ (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)“奋斗者号”加速下沉时,其所受浮力___________ 重力(填“大于”、“小于”或“等于”),若在经过某一密度均匀的海水区域时,迅速抛掉部分压载铁,使其所受浮力等于重力(不考虑海水的摩擦阻力),则“奋斗者号”将 ___________ 。
A.加速下沉
B.减速下沉
C.匀速下沉
D.静止
(3)“奋斗者号”的外壳用的是Ti62A钛合金,相对于普通钢而言,下列不属于这种材料特点的是___________ 。
A.硬度大
B.密度大
C.强度高
D.抗腐蚀性强
(4)若“奋斗者号”体积为50m3(不包括压载铁),最大负载时总质量为22吨(不包括压载铁),当抛卸其中部分压载铁,只剩下2块时,可使“奋斗者号”处于悬浮状态,每块铁块的体积为___________ m3,才能使“奋斗者号”最大负载时实现悬浮静止状态。
中国载人深潜新坐标——“奋斗者号”
随着我国科技的进步和无数海洋人的努力和探索,“奋斗者号”载人深潜器于2020年11月28日,成功潜入海底10909米,再次向世界展示中国力量!“奋斗者号”两侧配有压载铁,通过改变其数量,来控制“奋斗者号”的下沉、上浮或悬停。(设海水的密度ρ水=1×103kg/m3,ρ铁=8×103kg/m3)(1)若海水的密度均匀,“奋斗者号”在从水面下10米下潜至深度为10000m的过程中,所受海水的压强逐渐(2)“奋斗者号”加速下沉时,其所受浮力
A.加速下沉
B.减速下沉
C.匀速下沉
D.静止
(3)“奋斗者号”的外壳用的是Ti62A钛合金,相对于普通钢而言,下列不属于这种材料特点的是
A.硬度大
B.密度大
C.强度高
D.抗腐蚀性强
(4)若“奋斗者号”体积为50m3(不包括压载铁),最大负载时总质量为22吨(不包括压载铁),当抛卸其中部分压载铁,只剩下2块时,可使“奋斗者号”处于悬浮状态,每块铁块的体积为
您最近一年使用:0次
科普阅读题
|
较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐3】阅读短文,回答下列问题:
如图甲所示半潜船,是通过改变自身重量实现上浮和下沉的。半潜船淹没在水中的体积比例高,因此半潜船受到水面上的波浪影响相对较小,能够保持较佳的稳定性而适合当作水上的工作平台使用。如图乙所示,半潜船通过调整水舱内的压载水质量,把装货甲板潜入水中,等待货物装载,当货物拖至甲板上方后,再次调整水舱内的压载水,船体上浮,即完成装载。
(1)半潜船是通过改变______ 实现上浮和下沉的;它在水面航行时,使其向前运动的动力的施力物体是______ (选填“螺旋桨”或“水”);
(2)当半潜船依次处于图乙中三种状态时,从左至右船底受到水的压强分别为p1、p2、p3,则压强由小到大的顺序是______ ,水舱内水的质量分别为m1、m2、m3,则质量中最大的是______ (选填“m1”、“m2”或“m3”);
(3)甲板面积为6000m2,当甲板下潜至水下2m时,受到水的压力为______ N;
(4)半潜船上安装的船舶驱动系统功率为6000kW,效率为90%,当它以6m/s的速度匀速航行时,半潜船所受的阻力是______ N。
半潜船
如图甲所示半潜船,是通过改变自身重量实现上浮和下沉的。半潜船淹没在水中的体积比例高,因此半潜船受到水面上的波浪影响相对较小,能够保持较佳的稳定性而适合当作水上的工作平台使用。如图乙所示,半潜船通过调整水舱内的压载水质量,把装货甲板潜入水中,等待货物装载,当货物拖至甲板上方后,再次调整水舱内的压载水,船体上浮,即完成装载。
(1)半潜船是通过改变
(2)当半潜船依次处于图乙中三种状态时,从左至右船底受到水的压强分别为p1、p2、p3,则压强由小到大的顺序是
(3)甲板面积为6000m2,当甲板下潜至水下2m时,受到水的压力为
(4)半潜船上安装的船舶驱动系统功率为6000kW,效率为90%,当它以6m/s的速度匀速航行时,半潜船所受的阻力是
您最近一年使用:0次