Question

南極考察中使用的海洋破冰船，針對(duì)不同的冰層有不同的破冰方法．其中經(jīng)常采用的一種破冰的方法是：在接觸冰面前，破冰船全速航行，船體大部分沖上冰面后，把冰壓碎達(dá)到破冰的目的．若海水的密度取1.0×10³kg/m³．
問：
（1）一當(dāng)破冰船航行于海面時(shí)，它的排水體積為1500m³，此時(shí)船受到的浮力多大？船自身受到的重力多大？
（2）在一次破冰行動(dòng)中，假設(shè)船全部沖到了冰面上，且船與冰層接觸面積為5m²，則此時(shí)破冰船對(duì)冰層的壓強(qiáng)是多少？
（3）結(jié)合所學(xué)知識(shí)．你認(rèn)為提高破冰船破冰效果的措施有哪些？（至少寫1條）

Answer 1

【答案】分析：（1）已知海水的密度和破冰船排開水的體積，可以得到破冰船受到的浮力；根據(jù)物體浮沉條件，因?yàn)榇�浮在海面上，所以自身重力等于浮力�?br />（2）當(dāng)船沖到冰面上，浮力變小，它對(duì)冰的壓力是船的自身重力減去此時(shí)受到的浮力；已知壓力和受力面積，利用公式P=得到破冰船對(duì)冰面的壓強(qiáng)．
（3）要提高破冰效果，也就是增大對(duì)冰面的壓強(qiáng)，可以從三方面考慮：①在壓力一定時(shí)，減小受力面積；②在受力面積一定時(shí)，增大壓力；③在增大壓力的同時(shí)，減小受力面積．
解答：解：
（1）破冰船受到的浮力為F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg×1500m³=1.47×10⁷N；
∵船漂浮，∴G=F_浮=1.47×10⁷N．
答：破冰船受到的浮力為1.47×10⁷N；
船自身的重力是1.47×10⁷N；
（2）當(dāng)船的排水體積變?yōu)樵瓉淼娜�分之一時(shí)，
F′_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg××1500m³=4.9×10⁶N，
船對(duì)冰層的壓力為：F=G-F′_浮=1.47×10⁷N-4.9×10⁶N=9.8×10⁶N，
破冰船對(duì)冰層的壓強(qiáng)是P===1.96×10⁶Pa．
答：此時(shí)破冰船對(duì)冰層的壓強(qiáng)是1.96×10⁶Pa．
（3）答：要提高破冰效果，可以增大破冰船的重力，也就是增大對(duì)冰面的壓力．
點(diǎn)評(píng)：正確進(jìn)行受力分析，明確破冰船對(duì)冰面的壓力大小是求解破冰船對(duì)冰面壓強(qiáng)的關(guān)鍵．