Question

16．“雪龙”号是中国最大的极地考察船，也是中国唯一能在极地破冰前行的船只，2014年1月5日，“雪龙号”成功完成对俄罗斯“绍卡利斯基院士”号被困52名乘客救援，7日17时50分，“雪龙号”成功冲出厚重的密集浮冰区，胜利突围，“雪龙”号满载排水量21025吨，“雪龙”号动力为柴油机，主机功率13200kw×1台，副机功率880kw×3．请解答下列问题：（g取10N/kg；ρ_海水=1×10³kg/m³；ρ_冰=0.9×10³kg/m³）
（1）“雪龙”号动力为柴油机，柴油机工作时将柴油燃烧释放的内能转化为机械能，之所以使用柴油发动机而不使用汽油发动机，一是因为柴油发动机功率大，二是因为柴油发动机效率高；
（2）“雪龙”号满载时排开海水的体积是多少？
（3）“雪龙”号破冰船，自身的总重为1.8×10⁶N，当船冲到冰面上时，船重的三分之二压在冰面上，船与冰面的接触面积为5m²，此时破冰船对冰面的压强是多少？
（4）“雪龙”船属B1级破冰船，若使用主机功率破冰，能以0.75m/s的速度连续破冰1.2m前行，求“雪龙”破冰时受到的平均阻力是多少？

Answer 1

分析 （1）内燃机是将内能转化为机械能的装置；柴油机发动机的效率较高；
（2）已知“雪龙”号满载时的排水量，根据密度的变形公式即可求出）“雪龙”号满载时排开海水的体积；
（3）先求出船对冰面的压力，然后根据p=$\frac{F}{S}$求出冰面受到的压强；
（4）先根据P=Fv求出雪龙”破冰时受到的牵引力，然后根据牵引力和阻力为一对平衡力即可求出阻力的大小．

解答 解：（1）柴油机工作时将柴油燃烧释放的内能转化为机械能，之所以使用柴油发动机而不使用汽油发动机，一是因为柴油发动机功率大，二是因为柴油发动机效率高；
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可得，“雪龙”号满载时排开海水的体积：
V_排=$\frac{{m}_{排}}{{ρ}_{海水}}$=$\frac{21025000kg}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=21025m³；
（3）冰面受到的压力：
F=$\frac{2}{3}$×1.8×10⁶N=1.2×10⁶N；
冰面受到的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.2×1{0}^{6}N}{5{m}^{2}}$=2.4×10⁵Pa；
（4）由P=Fv可知，“雪龙”船受到的牵引力：
F_牵=$\frac{P}{v}$=$\frac{13200000W}{0.75m/s}$=1.76×10⁷N；
因为牵引力和阻力为一对平衡力，所以“雪龙”破冰时受到的平均阻力是1.76×10⁷N．
答：（1）机械；效率高；
（2））“雪龙”号满载时排开海水的体积是21025m³；
（3）破冰船对冰面的压强是2.4×10⁵Pa；
（4）“雪龙”破冰时受到的平均阻力是1.76×10⁷N．

点评 此题主要考查的是学生对柴油机特点以及工作过程中能量转化问题的了解，密度、压强、功率、二力平衡条件的理解和掌握，基础性题目．