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物理漫谈
深水打捞
深水打捞是打捞沉没于水中的物体的工程，打捞方法多样，但常借助于水的浮力。
我国古代劳动人民很早就知道利用物体的浮沉条件打捞深水中的重物。其中最著名的事例是怀丙打捞铁牛。1066年，宋朝的河中府（今山西省永济市）发生了黄河水患，大水冲走了城外的一座浮桥，桥头的几只大铁牛也落入了水底。修桥的时候，有个叫怀丙的人提出了打捞铁牛的办法。他把一根大木头绑在两艘装满沙土的大船上，请人潜到水底，将铁索的一端捆牢铁牛，另一端拴在两船间的大木头上，并将铁索绷紧，如图所示。然后，他叫人把船上的沙土卸到河里，随着沙土逐渐减少，铁牛被慢慢从淤泥中拉了出来。这个办法正是巧妙地利用了水的浮力。其实这种打捞方法类似于现代打捞方法中的“船舶抬撬打捞法”，即用钢缆兜于重物底部，借助打捞船上的起重设备将重物提起。
现代打捞沉船常用的另一种打捞方法是“浮筒打捞法”。浮筒是密封的大钢筒，能浮在水面上。打捞工作船把若干个浮筒拖到沉船所在处上方的水面上，将浮筒灌满水，让它们沉到水底。潜水员用钢索把灌满水的浮筒拴牢在沉船两旁，如图所示，然后利用压缩机将空气压进浮筒，把水排出，浮筒就会带着沉船浮到水面上来。
浮筒打捞法 图2 中山舰
中山舰是中国近现代史上的一代名舰，其排水量为780 t，长为62.9 m，宽为8.9 m，1938年在长江中被日军击中，沉入19 m深的江底。1997年中山舰被打捞出水。
（1）怀丙打捞铁牛时，为什么卸沙土能让铁牛被拉出来？
（2）中山舰的打捞采用了“船舶抬撬打捞法”，你可以估算中山舰满载时的总重力吗？
深水打捞
深水打捞是打捞沉没于水中的物体的工程，打捞方法多样，但常借助于水的浮力。
我国古代劳动人民很早就知道利用物体的浮沉条件打捞深水中的重物。其中最著名的事例是怀丙打捞铁牛。1066年，宋朝的河中府（今山西省永济市）发生了黄河水患，大水冲走了城外的一座浮桥，桥头的几只大铁牛也落入了水底。修桥的时候，有个叫怀丙的人提出了打捞铁牛的办法。他把一根大木头绑在两艘装满沙土的大船上，请人潜到水底，将铁索的一端捆牢铁牛，另一端拴在两船间的大木头上，并将铁索绷紧，如图所示。然后，他叫人把船上的沙土卸到河里，随着沙土逐渐减少，铁牛被慢慢从淤泥中拉了出来。这个办法正是巧妙地利用了水的浮力。其实这种打捞方法类似于现代打捞方法中的“船舶抬撬打捞法”，即用钢缆兜于重物底部，借助打捞船上的起重设备将重物提起。
现代打捞沉船常用的另一种打捞方法是“浮筒打捞法”。浮筒是密封的大钢筒，能浮在水面上。打捞工作船把若干个浮筒拖到沉船所在处上方的水面上，将浮筒灌满水，让它们沉到水底。潜水员用钢索把灌满水的浮筒拴牢在沉船两旁，如图所示，然后利用压缩机将空气压进浮筒，把水排出，浮筒就会带着沉船浮到水面上来。
浮筒打捞法 图2 中山舰
中山舰是中国近现代史上的一代名舰，其排水量为780 t，长为62.9 m，宽为8.9 m，1938年在长江中被日军击中，沉入19 m深的江底。1997年中山舰被打捞出水。
（1）怀丙打捞铁牛时，为什么卸沙土能让铁牛被拉出来？
（2）中山舰的打捞采用了“船舶抬撬打捞法”，你可以估算中山舰满载时的总重力吗？
答案
(1)卸沙土后，船的总重力减小，船受到的浮力大于此时船的总重力和铁牛对船的拉力之和，所以船身会上浮，从而拉动铁牛，使其从淤泥中被拉出来。
(2)中山舰满载时的排水量为780 t，根据二力平衡可得，$G_总=F_浮=G_排=m_排g=780×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=7.8×10^6\ \mathrm{N}$。
(2)中山舰满载时的排水量为780 t，根据二力平衡可得，$G_总=F_浮=G_排=m_排g=780×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=7.8×10^6\ \mathrm{N}$。
解析
【分析】
第（1）问：先对绑有铁索的两艘船做受力分析，初始时船的总重力（船+沙土）、浮力、铁牛对船的拉力平衡；卸沙土后船的总重力减小，浮力不变，此时浮力大于总重力与铁牛拉力之和，船会上浮，拉动铁索克服淤泥阻力，使铁牛被拉出。第（2）问：明确排水量是船满载时排开水的质量，利用漂浮条件（总重力等于浮力）和阿基米德原理，即可计算总重力。
【解析】
（1）对两艘绑有铁索的船受力分析：初始状态下，船受到的浮力$ F_{浮} $等于船和沙土的总重力$ G_{总1} $与铁牛对船的拉力$ F_{拉} $之和，即$ F_{浮}=G_{总1}+F_{拉} $。卸去船上的沙土后，船和沙土的总重力$ G_{总2} $减小，而船排开水的体积未变，浮力$ F_{浮} $不变，此时$ F_{浮}＞G_{总2}+F_{拉} $，船会向上运动（上浮），通过铁索对铁牛施加向上的拉力，当拉力大于淤泥对铁牛的阻力时，铁牛就被从淤泥中拉出来。
（2）中山舰满载时漂浮在水面上，根据物体的漂浮条件，其总重力$ G_{总} $等于所受的浮力$ F_{浮} $；再根据阿基米德原理，浮力等于排开水的重力，即$ F_{浮}=G_{排}=m_{排}g $，因此$ G_{总}=G_{排}=m_{排}g $。代入数据：$ m_{排}=780\ \mathrm{t}=780×10^3\ \mathrm{kg} $，$ g $取$ 10\ \mathrm{N/kg} $，则$ G_{总}=780×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=7.8×10^6\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)卸沙土后，船的总重力减小，船受到的浮力大于此时船的总重力和铁牛对船的拉力之和，所以船身会上浮，从而拉动铁牛，使其从淤泥中被拉出来。
(2)中山舰满载时的总重力为$7.8×10^6\ \mathrm{N}$。
【知识点】
浮力的应用、阿基米德原理、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合古代打捞实例与现代打捞技术，考查浮力相关知识的实际应用，将物理原理与工程实践结合，体现了物理知识的实用性，题目难度适中，侧重基础知识点的应用能力考查。
【难度系数】
0.5
第（1）问：先对绑有铁索的两艘船做受力分析，初始时船的总重力（船+沙土）、浮力、铁牛对船的拉力平衡；卸沙土后船的总重力减小，浮力不变，此时浮力大于总重力与铁牛拉力之和，船会上浮，拉动铁索克服淤泥阻力，使铁牛被拉出。第（2）问：明确排水量是船满载时排开水的质量，利用漂浮条件（总重力等于浮力）和阿基米德原理，即可计算总重力。
【解析】
（1）对两艘绑有铁索的船受力分析：初始状态下，船受到的浮力$ F_{浮} $等于船和沙土的总重力$ G_{总1} $与铁牛对船的拉力$ F_{拉} $之和，即$ F_{浮}=G_{总1}+F_{拉} $。卸去船上的沙土后，船和沙土的总重力$ G_{总2} $减小，而船排开水的体积未变，浮力$ F_{浮} $不变，此时$ F_{浮}＞G_{总2}+F_{拉} $，船会向上运动（上浮），通过铁索对铁牛施加向上的拉力，当拉力大于淤泥对铁牛的阻力时，铁牛就被从淤泥中拉出来。
（2）中山舰满载时漂浮在水面上，根据物体的漂浮条件，其总重力$ G_{总} $等于所受的浮力$ F_{浮} $；再根据阿基米德原理，浮力等于排开水的重力，即$ F_{浮}=G_{排}=m_{排}g $，因此$ G_{总}=G_{排}=m_{排}g $。代入数据：$ m_{排}=780\ \mathrm{t}=780×10^3\ \mathrm{kg} $，$ g $取$ 10\ \mathrm{N/kg} $，则$ G_{总}=780×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=7.8×10^6\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)卸沙土后，船的总重力减小，船受到的浮力大于此时船的总重力和铁牛对船的拉力之和，所以船身会上浮，从而拉动铁牛，使其从淤泥中被拉出来。
(2)中山舰满载时的总重力为$7.8×10^6\ \mathrm{N}$。
【知识点】
浮力的应用、阿基米德原理、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合古代打捞实例与现代打捞技术，考查浮力相关知识的实际应用，将物理原理与工程实践结合，体现了物理知识的实用性，题目难度适中，侧重基础知识点的应用能力考查。
【难度系数】
0.5
