Question

19．2016年12月20日，中国自主建造的第一艘极地科学考察破冰船（H520）正式开工建造．设计空载排水量为8000t，满载排水量为14000t，它能在覆盖有0.2m厚积雪的1.5m厚冰层上以3.6km/h～7.2km/h的速度连续破冰．（g取10N/kg）
（1）破冰船“H520”用厚钢板做船底，主要是因为钢板具有②（选填序号）．
①良好的导电性；②较高的硬度；③较高的熔点；④良好的导热性．
（2）假设在1.5m厚的冰层海域以7.2km/h的速度匀速破冰时所受的阻力为2×10⁷N，则根据设计要求破冰船“H520”推进功率多大？
（3）破冰船“H520”可采用“重力破冰法”破冰，“重力破冰法”是指在接触冰面前，船全速航行，船体大部分冲上冰面，就可以把冰压碎，若此时船的排水体积变为原来的七分之二，假设当时破冰船“H520”满载，船与冰层接触面积为5m²，则该破冰船对冰层的压强是多少？（海水的密度取1.0×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）根据钢板的物理特性分析解答；
（2）利用二力平衡条件求出牵引力，然后利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv计算功率；
（3）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=$\frac{F}{S}$得到破冰船对冰面的压强．

解答 解：（1）破冰船“H520”用厚钢板做船底，主要是利用了钢板的硬度大的特性；故应选②；
（2）v=7.2km/h=2m/s；
匀速行驶时，F=f=2×10⁷N，
推进功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=2×10⁷N×2m/s=4×10⁷W；
（3）船满载时质量：m=14000t=1.4×10⁷kg；
受到的重力：G=mg=1.4×10⁷kg×10N/kg=1.4×10⁸N，
原来浮力（漂浮时）F_浮=G，破冰时的拍水体积：${V}_{排}^{′}$=$\frac{2}{7}$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，
船对冰面的压力：F=G-${F}_{浮}^{′}$=1.4×10⁸N-4×10⁷N=1×10⁸N，
船对冰面的压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1×1{0}^{8}N}{5{m}^{2}}$=2×10⁷Pa．
答：（1）②；
（2）根据设计要求破冰船“H520”推进功率为4×10⁷W；
（3）该破冰船对冰层的压强是2×10⁷Pa．

点评 此题考查物质的物理特性、压强的大小计算、功率的计算，同时考查二力平衡条件及其应用、物体漂浮条件等知识点，是一道力学综合题．对破冰船进行正确受力分析，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．