题文

如图所示的新型小艇，由铺满船面的光伏太阳能电池板提供工作能源，依赖太阳能进行环球旅行．小艇上太阳能光电板面积约为500cm2，在阳光的照射下，通过太阳能板可以获得100kW的功率．这种小艇有两个相同的引擎，仅需20kW的牵引功率就能驱动单引擎，使小艇以18km/h的速度匀速行驶．用40kW的牵引功率驱动双引擎，能使小艇匀速行驶的速度高达30km/h．这种小艇采用密度较小，硬度大的新型材料制造，自重仅为9×104N，满载的排水量为60t． （1）求这种小艇满载漂浮在海面上时，受到的浮力F1和空载漂浮在海面上，排开海水的体积V2； （海水的密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg） （2）若引擎的电能转化为机械能的效率为80%，试求用20kW的电功率驱动单引擎时，小艇受到的阻力大小．

题型：问答题  难度：中档

答案

（1）船满载时的浮力F1=G排水=m排水g=6×104kg×10N/kg=6×105N； 因漂浮在海面上，小艇空载时受到的浮力就等于小艇的重力，因此，F空载=G=9×104N， 所以，V排= F空载 ρ海水g = 9×104N 1.0×103kg/m3×10N/kg =9m3． （2）P′=P电×80%=20kW×0.8%=16000W， P′= W t = Fs t =Fv，且V=18km/h=5m/s ∴牵引力： F= P′ v = 16000W 5m/s =3200N， ∵小艇匀速行驶， ∴f=F=3200N． 答：（1）这种小艇满载漂浮在海面上时，受到的浮力F1为6×105N；空载漂浮在海面上，排开海水的体积V2为9m3； （2）小艇受到的阻力大小3200N．

据专家权威分析，试题“如图所示的新型小艇，由铺满船面的光伏太阳能电池板提供工作能源..”主要考查你对  浮力及阿基米德原理，功率的计算  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

浮力及阿基米德原理功率的计算

考点名称：浮力及阿基米德原理

• 浮力：
  （1）定义：浸在液体中的物体受到向上托的力叫做浮力。
  （2）施力物体与受力物体：浮力的施力物体是液体 (或气体)，受力物体是浸入液体(或气体)中的物体。
  （3）方向：浮力的方向总是竖直向上的。
  阿基米德原理：
  （1）原理内容：浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
  （2）公式：，式中ρ_液表示液体的密度，V_排是被物体排开的液体的体积，g取9．8N／kg。

• 浮力大小跟哪些因素：
  有关浸在液体中的物体受到浮力的大小，跟物体浸入液体中的体积有关，跟液体的密度有关，跟物体浸入液体中的深度无关。跟物体本身密度大小无关。

• 阿基米德原理的五点透析：
  (1)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没在液体里；二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。
  
  (2)G_排指被物体排开的液体所受的重力，F_浮= G_排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。
  
  (3)V_排是表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体里时，V_排=V_物；当物体只有一部分浸入液体里时，则V_排<V_物。
  
  (4)由可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、液体的多少等因素无关。
  
  (5)阿基米德原理也适用于气体，但公式中ρ_液应该为ρ_气。
  
  控制变量法探究影响浮力大小的因素:
       探究浮力的大小跟哪些因素有关时，用“控制变量法”的思想去分析和设计，具体采用“称量法”来进行探究，既能从弹簧测力计示数的变化中体验浮力，同时，还能准确地测出浮力的大小。
  例1小明在生活中发现木块总浮在水面，铁块却沉入水底，因此他提出两个问题：
  问题1：浸入水中的铁块是否受到浮力?
  问题2：浮力大小与哪些因素有关?
  为此他做了进一步的猜想，设计并完成了如图所示实验，
  (1)(b)、(c)图中弹簧测力计示数均小于(a)图中弹簧测力计示数，说明浸入水中的铁块__(选填 “受到”或“不受到”)浮力；
  (2)做___(选填字母)两次实验，是为了探究铁块浸没在水中时所受浮力大小与深度是否有关；
  (3)做(d)、(e)两次实验，是为了探究浮力大小与 __的关系。
  
  解析(1)物体在水中时受到水向上托的力，因此示数会变小。
  (2)研究浮力与深度的关系时，应保持V_排和ρ_液不变，改变深度。
  (3)在V_排不变时，改变ρ