Question

【题目】2015年3月，一艘被誉为“海上叉车大力神”的半潜船在渤海完成一系列有关认证和船东船厂的验收．船上安装的船舶电力推进变频驱动系统由中国南车株洲所研制，系我国自主品牌在大吨位级海洋工程船舶上的首次应用，打破了国外公司对该领域的长期垄断．它身长255米，宽68米，可载重98000吨，其甲板面积达13000平方米，其工作原理可以用如下四幅图说明．（g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）
（1）半潜船在水面航行时，使其向前的施力物体是（填“螺旋桨”或“水”）
（2）若在图2中，甲板距水面12米，则甲板受水的压力为多大？
（3）若在图1中半潜船干船重为2.5×104吨，在图2中加注压载水2.0×104吨，在图3中水仓排出压载水1.4×104吨，在图4中半潜船受浮力8.0×108N，则半潜船装载的货物为多少吨？
（4）半潜船上安装的船舶电力推进变频驱动系统电功率为6000kW，效率为90%，当它以9节（1节=0.5m/s）的速度匀速航行时，半潜船所受的阻力为多大？

Answer 1

【答案】
（1）水
（2）解：甲板所受水的压强：p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×12m=1.2×105Pa；

由p= 可得甲板所受水的压力：F=pS=1.2×105Pa×13000m2=1.56×109N．

答：甲板受水的压力为1.56×109N．

（3）解：在图4中半潜船和剩余压载水的质量：

m=m船+（m水1﹣m水2）=2.5×104t+（2.0×104t﹣1.4×104t）=3.1×104t=3.1×107kg；

则G=mg=3.1×107kg×10N/kg=3.1×108N，

在图4中半潜船处于漂浮状态，则G+G货=F浮，

所以，G货=F浮﹣G=8.0×108N﹣3.1×108N=4.9×108N，

则：m货= = =4.9×107kg=4.9×104t．

答：半潜船装载的货物为4.9×104t．

（4）解：已知效率为90%，根据η= 可得有用功率：

P有用=P总η=6000kW×90%=5400kW=5.4×106W，

由于半潜船匀速航行时，说明处于受力平衡状态，此时半潜船所受的阻力的大小和牵引力大小相等，

已知半潜船的速度v=9节=9×0.5m/s=4.5m/s，

由P=Fv=fv可得阻力：

f= = =1.2×106N．

答：半潜船所受的阻力为1.2×106N．

【解析】解：（1）半潜船在水面航行时，螺旋桨向后给水向后的力，水给螺旋桨一向前的反作用力，故半潜船前行力的施力物体是水．
【考点精析】关于本题考查的液体的压强的计算和物体的浮沉条件及其应用，需要了解液体内部压强的公式：p=ρgh ρ指密度,单位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,单位:m,压强单位(Pa) 注意：h 指液体的深度，即某点到液面的距离；物体的浮沉条件：浸没在液体中的物体 F浮＞G 时上浮，F浮 = G 时悬浮，F浮 ＜G 时下沉．物体浮沉条件的应用举例：（1）轮船（2）潜水艇（3）气球（4）飞艇、热气（5）密度计（密度计的刻度是从上到下刻度变大，刻度不均匀，且刻度无单位．）才能得出正确答案．