Question

【題目】如圖是湖南師范大學(xué)學(xué)生發(fā)明的水上自行車，車下固定5個充滿氣的氣囊，每個氣囊的體積均為3.0×10﹣2m3 ， 已知該水上自行車的總質(zhì)量為25kg，不計車輪浸入水中的體積．（g取10N/kg）
（1）當(dāng)自行車停放在水面上沒人騎行時，氣囊排開水的總體積為多少？
（2）當(dāng)質(zhì)量為75kg的人騎行時，固定在正中間的1個氣囊破裂，該自行車是否還能安全騎行？請通過計算說明．

Answer 1

【答案】
（1）解：當(dāng)自行車停放在水面上沒人騎行時處于漂浮狀態(tài)，

則自行車受到的浮力：

F浮=G車=m車g=25kg×10N/kg=250N，

由F浮=ρgV排可得，氣囊排開水的總體積：

V排= = =0.025m3；

（2）解：當(dāng)質(zhì)量為75kg的人騎行恰好漂浮時，

則受到的浮力：

F浮′=G總=（m人+m車）g=（75kg+25kg）×10N/kg=1000N，

排開水的體積：

V排′= = =0.1m3，

剩余氣囊的總體積：

V=4×3.0×10﹣2m3=0.12m3，

因V排′＜V，

所以，該自行車能安全騎行．

【解析】（1）當(dāng)自行車停放在水面上沒人騎行時處于漂浮狀態(tài)，受到的浮力和自身的重力相等，根據(jù)F浮=G=mg求出浮力的大小，根據(jù)阿基米德原理求出氣囊排開水的總體積；（2）當(dāng)質(zhì)量為75kg的人騎行恰好漂浮時受到的浮力等于自行車和人的重力之和，根據(jù)阿基米德原理求出排開水的體積，然后與氣囊的總體積相比較得出答案．
【考點精析】利用阿基米德原理和物體的浮沉條件及其應(yīng)用對題目進(jìn)行判斷即可得到答案，需要熟知阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力．這個規(guī)律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排；物體的浮沉條件：浸沒在液體中的物體 F浮＞G 時上浮，F(xiàn)浮 = G 時懸浮，F(xiàn)浮 ＜G 時下沉．物體浮沉條件的應(yīng)用舉例：（1）輪船（2）潛水艇（3）氣球（4）飛艇、熱氣（5）密度計（密度計的刻度是從上到下刻度變大，刻度不均勻，且刻度無單位．）．