Question

【題目】2015年3月，一艘被譽為“海上叉車大力神”的半潛船在渤海完成一系列有關認證和船東船廠的驗收．船上安裝的船舶電力推進變頻驅動系統由中國南車株洲所研制，系我國自主品牌在大噸位級海洋工程船舶上的首次應用，打破了國外公司對該領域的長期壟斷．它身長255米，寬68米，可載重98000噸，其甲板面積達13000平方米，其工作原理可以用如下四幅圖說明．（g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）
（1）半潛船在水面航行時，使其向前的施力物體是（填“螺旋槳”或“水”）
（2）若在圖2中，甲板距水面12米，則甲板受水的壓力為多大？
（3）若在圖1中半潛船干船重為2.5×104噸，在圖2中加注壓載水2.0×104噸，在圖3中水倉排出壓載水1.4×104噸，在圖4中半潛船受浮力8.0×108N，則半潛船裝載的貨物為多少噸？
（4）半潛船上安裝的船舶電力推進變頻驅動系統電功率為6000kW，效率為90%，當它以9節（1節=0.5m/s）的速度勻速航行時，半潛船所受的阻力為多大？

Answer 1

【答案】
（1）水
（2）解：甲板所受水的壓強：p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×12m=1.2×105Pa；

由p= 可得甲板所受水的壓力：F=pS=1.2×105Pa×13000m2=1.56×109N．

答：甲板受水的壓力為1.56×109N．

（3）解：在圖4中半潛船和剩余壓載水的質量：

m=m船+（m水1﹣m水2）=2.5×104t+（2.0×104t﹣1.4×104t）=3.1×104t=3.1×107kg；

則G=mg=3.1×107kg×10N/kg=3.1×108N，

在圖4中半潛船處于漂浮狀態，則G+G貨=F浮，

所以，G貨=F浮﹣G=8.0×108N﹣3.1×108N=4.9×108N，

則：m貨= = =4.9×107kg=4.9×104t．

答：半潛船裝載的貨物為4.9×104t．

（4）解：已知效率為90%，根據η= 可得有用功率：

P有用=P總η=6000kW×90%=5400kW=5.4×106W，

由于半潛船勻速航行時，說明處于受力平衡狀態，此時半潛船所受的阻力的大小和牽引力大小相等，

已知半潛船的速度v=9節=9×0.5m/s=4.5m/s，

由P=Fv=fv可得阻力：

f= = =1.2×106N．

答：半潛船所受的阻力為1.2×106N．

【解析】解：（1）半潛船在水面航行時，螺旋槳向后給水向后的力，水給螺旋槳一向前的反作用力，故半潛船前行力的施力物體是水．
【考點精析】關于本題考查的液體的壓強的計算和物體的浮沉條件及其應用，需要了解液體內部壓強的公式：p=ρgh ρ指密度,單位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,單位:m,壓強單位(Pa) 注意：h 指液體的深度，即某點到液面的距離；物體的浮沉條件：浸沒在液體中的物體 F浮＞G 時上浮，F浮 = G 時懸浮，F浮 ＜G 時下沉．物體浮沉條件的應用舉例：（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．）才能得出正確答案．