题文

暑假去仙女湖旅游时，小方同学亲自体验了帆船运动．该帆船由板体、帆杆、面积为6m2的三角帆和带有万向节的桅杆组成，没有舵和坐舱，全部质量仅为20kg，依靠风力在湖面上行驶． 平均风速（m/s） 5 10 15 20 25 30 风能速度（×102J/（m2?s）） 4 8 12 16 20 24 （1）体重为50kg的他登上帆船时，帆船排开水的体积增加了多少？ （2）查相关资料可知，当湖面风速为8m/s时，风压为40Pa，此时风对船帆的最大推力是多大？ （3）下表给出了在不同风速下，风能强度值（即每秒时间内，每平方米的面积上获得的能量）．经测算，当风速为10m/s时，船受到风的推力是280N，并且以6m/s的速度在湖面上匀速行驶，求帆船的风能利用率．

题型：问答题  难度：中档

答案

（1）∵帆船漂浮， ∴小方他登上帆船时， △F浮=G=mg=50kg×10N/kg=500N， ∵△F浮=ρ水△V排g， 排开水的体积增加值： △V排= △F浮 ρ水g = 500N 1×103kg/m3×10N/kg =0.05m3； （2）∵p= F S ， ∴风对船帆的最大推力： F=pS=40Pa×6m2=240N； （3）在时间t内风对帆船做的功： W有用=FS=Fvt=280N×6m/s×t， 时间t内帆船获得的能量： W总=8×102J/（m2?s）×6m2×t， 帆船的风能利用率： η= W有用 W总 = 280N×6m/s×t 8×102J/(m2?s)×6m2×t，   =35%． 答：（1）体重为50kg的他登上帆船时，帆船排开水的体积增加了0.05m3； （2）查相关资料可知，当湖面风速为8m/s时，风压为40Pa，此时风对船帆的最大推力是240N； （3）帆船的风能利用率35%．

据专家权威分析，试题“暑假去仙女湖旅游时，小方同学亲自体验了帆船运动．该帆船由板体、..”主要考查你对  浮力及阿基米德原理，能量转化效率  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能量转化效率

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。