1999年，中国首次北极科学考查队乘坐我国自行研制的“雪龙”号科学考察船对北极地区海域进行了全方位的卓有成效的科学考察，这次考察获得了圆满的成功，并取得一大批极为珍贵的资料．“雪龙”号科学考察船不仅采用特殊的材料，而且船体的结构也满足一定的条件，以对付北极地区的冰块与冰层，它是靠本身的重力压碎周围的冰块，同时又将碎冰挤向船底．如果碎冰块仍挤在冰层与船体之间，船体由于受巨大的侧压力，而可能解体，如图所示，为此，船体与铅垂面之间必须有一倾角θ．设船体与冰块间的动摩擦因数为μ，试问使压碎的冰块能被挤向船底，θ角应满足什么条件？
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首先让我们来定性分析这个问题．压碎以后的冰块怎样才能够挤向船底呢？必须使碎冰块所受合力沿船体壁向下(即指向船底)．选取碎冰块作为研究对象，其所受作用力分别为：船壁对它的垂直于船壁向外的弹力FN，冰层对它的水平方向的挤压力F，船壁与碎冰块之间的摩擦力Ff，要使冰块向船底运动，摩擦力的方向必沿船壁向上．此外，碎冰块还受到自身重力与水对它的浮力作用，由于这两个力的合力与前面分析的三个力相比很小，为研究问题方便，予以略去不计，这是中学物理常用的一种理想化思维方法．故冰块的受力如下图所示．从碎冰块的受力图可见，F沿船壁向下的分力越大，摩擦为Ff越小，碎冰块就越容易被挤向船底．实际上，如果假设冰层对冰块的挤压力F是一个定值，则F沿船壁向下的分力越大，摩擦力Ff也一定越小．而θ角越大，F沿船壁向下的分力亦越大，故θ角一定要大于某一临界值，才能够使压碎的冰块能被挤向船底．
设碎冰块恰能被挤向船底，将冰块所受的分力分解到沿船壁方向与垂直于船壁方向，由物体的平衡条件得 Fcosθ－FN＝0 Fsinθ－Ff＝0， 又 Ff＝μFN， 即得 tanα＝μ． 故θ角必须满足 θ＞arctanμ． |
科目：高中物理 来源： 题型：038
1999年中国首次北极科学考察队乘坐我国自行研制的“雪龙”号科学考察船对北极地区海域进行了全方位的卓有成效的科学考察．“雪龙”号科学考察船不仅采用特殊的材料制成，而且船体的结构也满足一定的条件，以对付北极地区冰块与冰层，它要靠本身的重力压碎周围的冰块同时又将碎冰块挤向船底，如果碎冰块仍挤在冰层与船体之间，船体由于受巨大的侧压力而可能解体，因此，船侧壁与铅垂面之间必须有倾斜角q ，如图所示，设船体与冰块间的动摩擦因数为m ，要使压碎的冰块能被挤向船底，q 角应满足的条件是________（冰块受到的重力，浮力忽略不计）．
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科目：高中物理 来源：物理教研室 题型：038
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科目：高中物理 来源： 题型：038
1999年中国首次北极科学考察队乘坐我国自行研制的“雪龙号”科学考察船，对北极地区海域进行了全方位的卓有成效的科学考察．“雪龙号”科考船不仅采用了特殊的材料，而且船体的结构也满足一定的条件，以对付北极地区的冰块和冰层，它靠自身的重力压碎周围的冰块，同时又将碎冰挤向船底，如图所示．倘若碎冰块仍挤在冰层与船体之间，船体由于受巨大的侧压力而可能解体．为此，船壁与竖直平面之间必须有一个恰当的倾斜角θ，设船壁与冰块间的动摩擦因数为μ，试问使压碎的冰块能被挤向船底，θ角应满足什么条件?
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科目：高中物理 来源： 题型：
图21
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