Question

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． 其中經常采用的一種破冰的方法是：如圖所示，在接觸冰面前，破冰船全速航行，船體大部分沖上冰面后，把冰壓碎達到破冰的目的．通過計算回答下面的問題：【海水的密度取1.0×10³kg/m³，g=10N/kg】
（1）當破冰船航行于海面時，它的排水量約為1500t，此時船受到的浮力多大？船自身受到的重力有多大？
（2）當船全部沖到了冰面上，船與冰層接觸面積為5m ²，則此時破冰船對冰層的壓強是多少？
（3）結合所學知識，請你為該海洋破冰船提高破冰效果提出一條有效的改進意見．

Answer 1

解：
（1）∵船漂浮，
∴破冰船受到的浮力為F_浮=G=G_排=m_排g=1500×10³kg×10N/kg=1.5×10⁷N；
（2）當船全部沖到了冰面上，船對冰層的壓力為：F=G=1.5×10⁷N，
破冰船對冰層的壓強是p===3×10⁶Pa．
（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．
答：（1）當破冰船航行于海面時，船受到的浮力1.5×10⁷N；船自身受到的重力有1.5×10⁷N；
（2）當船全部沖到了冰面上，船與冰層接觸面積為5m²，則此時破冰船對冰層的壓強是3×10⁶Pa．
（3）可以增大破冰船的重力來提高該海洋破冰船破冰效果．
分析：（1）已知它的排水量約為1500t，根據物體浮沉條件，因為船浮在海面上，所以自身重力等于浮力；
（2）當船沖到冰面上，它對冰的壓力是船的自身重力；已知壓力和受力面積，利用公式p=得到破冰船對冰面的壓強．
（3）要提高破冰效果，也就是增大對冰面的壓強，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．
點評：本題考查浮力和壓強的計算，正確進行受力分析，明確破冰船對冰面的壓力大小是求解破冰船對冰面壓強的關鍵．