科学家的励志故事(二) 中国核潜艇之父黄旭华
黄旭华,1924年2月24日出生于广东汕尾,祖籍广东揭阳,毕业于国立交通大学,1949年加入中国共产党,中国著名船舶专家、核潜艇研究设计专家,中国工程院首批院士、中国第一代核动力潜艇研制创始人之一,中国船舶重工集团719所名誉所长。

黄旭华早年求学之路坎坷,受抗战影响,从小辗转揭西、梅县、韶关、坪石、桂林、重庆等多地求学。1945年,考入国立交通大学,系统学习造船专业理论和技术,在校期间,积极参加学生运动,逐渐成长为一名共产党员。1949年,从国立交通大学毕业后,辗转上海军管会船舶建造处、上海招商局(海运局)、上海港务局等处工作。1954年,被调到上海船舶工业管理局,参加苏联援华舰船的转让制造和仿制工作。1958年,开始参与并领导我国第一代核潜艇的研究设计工作,先后出任第一代核潜艇副总设计师、第二任总设计师,历任中国船舶工业总公司及中船重工集团公司第七一九所副总工程师、副所长、所长、党委书记。期间,为保密研制核潜艇,他隐姓埋名、彻底与家人亲友断绝联系,直至1987年才被长篇报告文学《赫赫而无名的人生》披露。
在攻克核潜艇的研制设计过程中,以彭士禄、黄旭华为代表的第一代技术领导者们将核潜艇研制需要攻克的技术专题总结为七项核心技术,涵盖核潜艇的动力、线型、结构、水声、武备、通信、生命保障等。在攻克这些难关的过程中,黄旭华体现了高超的技术抓总和科学创新
的能力,为中国第一代核潜艇的研制作出了不可磨灭的贡献。他依据大量的试验和严谨科学的论证,力挺水滴线型;他决策采用围壳舵、艉水平舵相结合的操舵方式,成功地解决水下高、低速航行时的稳定性和机动性;他牵头推导出艇体直径比常规动力潜艇大约1倍,特别是导弹舱特大直径和双排大开孔等耐压艇体结构的设计计算方法。
经过以黄旭华为代表的第一代全体研制人员及协作单位的共同努力,中国第一艘核潜艇于1968年5月在毗邻核潜艇总体研究设计所的核潜艇总体建造厂开始放样,核潜艇建造正式拉开帷幕。在"091"首艇的制造过程中,由于条件的限制,黄旭华及其建造者们克服重重困难,甚至采用了磅秤称量的笨办法来控制各种设备及艇体的重心与重量。终于在1970年12月26日,中国的第一艘鱼雷攻击型核潜艇顺利下水。
根据以上素材,回答下列问题:
1.潜水艇在水下实现上浮或下潜,是通过改变自身的什么物理量来实现的?
2.核潜艇在水下悬浮航行时,其所受的浮力和自身重力满足什么关系?此时核潜艇的浮沉状态有什么特点?

1.答:改变自身的重力(通过往水舱充水和排水,改变总重力)。
2.答:浮力等于重力;悬浮时核潜艇可以停留在水下任意深度处,排开液体的体积等于潜艇的体积。

【分析】
这道题考查潜水艇的浮沉原理，需结合物体的浮沉条件分析。对于问题1，潜水艇在水下时排开水的体积固定，浮力大小不变，因此要实现上浮或下潜，需通过改变自身重力来调整受力；对于问题2，根据悬浮的条件，可判断核潜艇悬浮时的受力关系和状态特点。
【解析】
1. 潜水艇的体积固定，在水下时排开水的体积等于自身的体积，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$，可知潜水艇所受浮力大小不变。要实现上浮或下潜，需改变自身的重力：通过往水舱充水，总重力增大，浮力小于重力，潜水艇下潜；通过往水舱排水，总重力减小，浮力大于重力，潜水艇上浮。因此潜水艇是通过改变自身的重力来实现上浮或下潜的。
2. 当核潜艇在水下悬浮航行时，根据物体的悬浮条件，其所受的浮力等于自身的重力；此时核潜艇的浮沉特点是可以停留在水下的任意深度处，且排开液体的体积等于核潜艇自身的体积。
【答案】
1. 答：改变自身的重力（通过往水舱充水和排水，改变总重力）。
2. 答：浮力等于重力；悬浮时核潜艇可以停留在水下任意深度处，排开液体的体积等于潜艇的体积。
【知识点】
物体浮沉条件、浮力的应用
【点评】
本题结合中国核潜艇之父黄旭华的励志故事，将物理知识与国家科技成就结合，既考查了浮沉条件的实际应用，又能激发学生的爱国情怀，难度适中，是对基础知识点的灵活运用。
【难度系数】
0.3