Question

19．2016年12月20日，中國(guó)自主建造的第一艘極地科學(xué)考察破冰船（H520）正式開(kāi)工建造．設(shè)計(jì)空載排水量為8000t，滿載排水量為14000t，它能在覆蓋有0.2m厚積雪的1.5m厚冰層上以3.6km/h～7.2km/h的速度連續(xù)破冰．（g取10N/kg）
（1）破冰船“H520”用厚鋼板做船底，主要是因?yàn)殇摪寰哂孝冢ㄟx填序號(hào)）．
①良好的導(dǎo)電性；②較高的硬度；③較高的熔點(diǎn)；④良好的導(dǎo)熱性．
（2）假設(shè)在1.5m厚的冰層海域以7.2km/h的速度勻速破冰時(shí)所受的阻力為2×10⁷N，則根據(jù)設(shè)計(jì)要求破冰船“H520”推進(jìn)功率多大？
（3）破冰船“H520”可采用“重力破冰法”破冰，“重力破冰法”是指在接觸冰面前，船全速航行，船體大部分沖上冰面，就可以把冰壓碎，若此時(shí)船的排水體積變?yōu)樵瓉?lái)的七分之二，假設(shè)當(dāng)時(shí)破冰船“H520”滿載，船與冰層接觸面積為5m²，則該破冰船對(duì)冰層的壓強(qiáng)是多少？（海水的密度取1.0×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鋼板的物理特性分析解答；
（2）利用二力平衡條件求出牽引力，然后利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv計(jì)算功率；
（3）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=$\frac{F}{S}$得到破冰船對(duì)冰面的壓強(qiáng)．

解答 解：（1）破冰船“H520”用厚鋼板做船底，主要是利用了鋼板的硬度大的特性；故應(yīng)選②；
（2）v=7.2km/h=2m/s；
勻速行駛時(shí)，F(xiàn)=f=2×10⁷N，
推進(jìn)功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=2×10⁷N×2m/s=4×10⁷W；
（3）船滿載時(shí)質(zhì)量：m=14000t=1.4×10⁷kg；
受到的重力：G=mg=1.4×10⁷kg×10N/kg=1.4×10⁸N，
原來(lái)浮力（漂浮時(shí)）F_浮=G，破冰時(shí)的拍水體積：${V}_{排}^{′}$=$\frac{2}{7}$V_排，
受到的浮力：${F}_{浮}^{′}$=$\frac{2}{7}$ρgV_排=$\frac{2}{7}$F_浮=$\frac{2}{7}$G=$\frac{2}{7}$×1.4×10⁸N=4×10⁷N，
船對(duì)冰面的壓力：F=G-${F}_{浮}^{′}$=1.4×10⁸N-4×10⁷N=1×10⁸N，
船對(duì)冰面的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1×1{0}^{8}N}{5{m}^{2}}$=2×10⁷Pa．
答：（1）②；
（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求破冰船“H520”推進(jìn)功率為4×10⁷W；
（3）該破冰船對(duì)冰層的壓強(qiáng)是2×10⁷Pa．

點(diǎn)評(píng) 此題考查物質(zhì)的物理特性、壓強(qiáng)的大小計(jì)算、功率的計(jì)算，同時(shí)考查二力平衡條件及其應(yīng)用、物體漂浮條件等知識(shí)點(diǎn)，是一道力學(xué)綜合題．對(duì)破冰船進(jìn)行正確受力分析，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．