Question

【题目】昭阳湖是兴化人游泳的好去处，但这里也是发生溺水事故的高发水域．为安全起见，有经验的游泳者常常要装备一种被称作“跟屁虫”的辅助装备．“跟屁虫”由一个气囊和腰带组成，两者之间由一根线连接．如图A，正常游泳时，连线松驰，“跟屁虫”浮在水面，跟人如影相随．体力不支时，可将气囊压入水中，这样就可以起到很好的保护作用．如图B为一“跟屁虫”的说明书．（ρ水=1.0×103 kg/m3）求：
（1）人正常游泳，“跟屁虫”浮在水面时排开水的体积；
（2）将气囊全部压入水中，由此可获得的向上的力量；
（3）为了使“跟屁虫”在不慎被刺破后，仍能起到一定的保护作用，请对它的气囊设计提一个合理的建议．

Answer 1

【答案】
（1）解：由图可知，跟屁虫的质量为m=100g=0.1kg，

其重力为G=mg=0.1kg×10N/kg=1N；

跟屁虫漂浮在水中，受到的浮力等于重力；

由阿基米德原理可得，“跟屁虫”浮在水面时排开水的体积为：

V排= = =1×10﹣4m3

（2）解：跟屁虫的体积为：V=0.4×0.3m×0.2m=0.024m3；

将气囊全部压入水中，此时“跟屁虫”受到的浮力为：

F浮'=ρ水gV=1×103kg/m3×10N/kg×0.024m3=240N；

由此可获得的向上的力量为：F=F浮'﹣G=240N﹣1N=239N

（3）把内部气囊设计为多气囊
【解析】（1）根据物体的浮沉条件和阿基米德原理分析；（2）求出跟屁虫的体积，根据阿基米德原理求出全部浸入时的浮力，浮力减去重力为获得的向上的力量；（3）可以采用多个气囊的方法．
【考点精析】通过灵活运用阿基米德原理，掌握阿基米德原理：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力．这个规律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排即可以解答此题．