Question

南极考察中使用的海洋破冰船，针对不同的冰层有不同的破冰方法．其中经常采用的一种破冰的方法是：在接触冰面前，破冰船全速航行，船体大部分冲上冰面后，把冰压碎达到破冰的目的．若海水的密度取1.0×10³kg/m³．
问：
（1）一当破冰船航行于海面时，它的排水体积为1500m³，此时船受到的浮力多大？船自身受到的重力多大？
（2）在一次破冰行动中，假设船全部冲到了冰面上，且船与冰层接触面积为5m²，则此时破冰船对冰层的压强是多少？
（3）结合所学知识．你认为提高破冰船破冰效果的措施有哪些？（至少写1条）

Answer 1

解：
（1）破冰船受到的浮力为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：破冰船受到的浮力为1.47×10⁷N；
船自身的重力是1.47×10⁷N；
（2）当船的排水体积变为原来的三分之一时，
F′_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg××1500m³=4.9×10⁶N，
船对冰层的压力为：F=G-F′_浮=1.47×10⁷N-4.9×10⁶N=9.8×10⁶N，
破冰船对冰层的压强是P===1.96×10⁶Pa．
答：此时破冰船对冰层的压强是1.96×10⁶Pa．
（3）答：要提高破冰效果，可以增大破冰船的重力，也就是增大对冰面的压力．
分析：（1）已知海水的密度和破冰船排开水的体积，可以得到破冰船受到的浮力；根据物体浮沉条件，因为船浮在海面上，所以自身重力等于浮力；
（2）当船冲到冰面上，浮力变小，它对冰的压力是船的自身重力减去此时受到的浮力；已知压力和受力面积，利用公式P=得到破冰船对冰面的压强．
（3）要提高破冰效果，也就是增大对冰面的压强，可以从三方面考虑：①在压力一定时，减小受力面积；②在受力面积一定时，增大压力；③在增大压力的同时，减小受力面积．
点评：正确进行受力分析，明确破冰船对冰面的压力大小是求解破冰船对冰面压强的关键．