Question

12．在南極考察中使用的海洋破冰船，針對不同的冰層有不同的破冰方法．其中一種破冰方法是：接觸冰面前，船全速航行，船體大部分沖上冰面，就可以把冰壓碎．
（1）當(dāng)破冰船航行于海面時，它的排水體積約為1500m³，求船自身的重力． 
（2）在一次破冰行動中，當(dāng)船沖到冰面上時，船的排水體積變?yōu)樵瓉淼娜�分之一，船與冰層接觸面積為5m²，此時破冰船對冰層的壓強(qiáng)是多少？（海水的密度取1.0×10³kg/m³）
（3）結(jié)合所學(xué)知識，你認(rèn)為提高破冰船破冰效果的措施有哪些？（限兩條）

Answer 1

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，因為船浮在海面上，所以自身重力等于浮力；
（2）當(dāng)船沖到冰面上，浮力變小，它對冰的壓力是船的自身重力減去此時受到的浮力；已知壓力和受力面積，利用公式p=$\frac{F}{S}$得到破冰船對冰面的壓強(qiáng)．
（3）要提高破冰效果，也就是增大對冰面的壓強(qiáng)，可以從三方面考慮：①在壓力一定時，減小受力面積；②在受力面積一定時，增大壓力；③在增大壓力的同時，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/m³×10N/kg×1500m³=1.5×10⁷N；
∵船漂浮，
∴G=F_浮=1.5×10⁷N；
（2）船的排水體積變?yōu)樵瓉淼娜�分之一時
∵V_排減=$\frac{2}{3}$V_排=$\frac{2}{3}$×1500m³=1000m³            
∴F_深減=ρ_水gV_排減=1.0×10³kg/m³×10N/kg×1000m³=1.0×10⁷N；
∴F=F_浮減=1.0×10⁷N，
∴=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.0×1{0}^{7}N}{5{m}^{2}}$=2×10⁶Pa；      
（3）要提高破冰船破冰效果可以接觸冰面前提高船速，減小船頭的面積，減小船底的面積．
答：（1）船自身的重力是1.5×10⁷N；
（2）此時破冰船對冰層的壓強(qiáng)是2×10⁶Pa；
（3）要提高破冰效果，可以增大破冰船的重力，也就是增大對冰面的壓力．

點(diǎn)評 正確進(jìn)行受力分析，明確破冰船對冰面的壓力大小是求解破冰船對冰面壓強(qiáng)的關(guān)鍵．