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13. 图6所示的是我国目前最先进的055型导弹驱逐舰,谓之“国之重器”,具备强大的防空、反导、反潜、反舰、对陆打击能力。舰长180m,舰宽22m,满载排水量12000t,吃水深度8m(水面至舰底部的距离),动力舱配置四台总功率超100兆瓦的燃气轮机,可提供最大为2.0×10⁶N的前进动力,后甲板可搭载质量为8t的反潜直升机,g取10N/kg,ρ海水=1.03×10³kg/m³。
(1)求此驱逐舰满载漂浮在海面上受到的浮力的大小;
(2)求此驱逐舰满载漂浮在海面上舰底部受到海水的压强;
(3)降落在后甲板的反潜直升机,其轮胎与甲板的总接触面积为0.1m²,求反潜直升机对水平甲板的压强。
(1)求此驱逐舰满载漂浮在海面上受到的浮力的大小;
(2)求此驱逐舰满载漂浮在海面上舰底部受到海水的压强;
(3)降落在后甲板的反潜直升机,其轮胎与甲板的总接触面积为0.1m²,求反潜直升机对水平甲板的压强。
答案
解：
$ (1)F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g=12000×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^{8}\ \mathrm{N}$。
$ (2)p=\rho_{\mathrm{海水}}gh=1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×8\ \mathrm{m}=8.24×10^{4}\ \mathrm{Pa}$。
(3)反潜直升机的重力$G=mg=8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，
则反潜直升机对甲板的压力$F_{\mathrm{压}}=G=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，
反潜直升机对水平甲板的压强$p=\dfrac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\dfrac{8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^{2}}=8×10^{5}\ \mathrm{Pa}$。
$ (1)F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g=12000×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^{8}\ \mathrm{N}$。
$ (2)p=\rho_{\mathrm{海水}}gh=1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×8\ \mathrm{m}=8.24×10^{4}\ \mathrm{Pa}$。
(3)反潜直升机的重力$G=mg=8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，
则反潜直升机对甲板的压力$F_{\mathrm{压}}=G=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，
反潜直升机对水平甲板的压强$p=\dfrac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\dfrac{8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^{2}}=8×10^{5}\ \mathrm{Pa}$。
解析
【解析】
(1) 驱逐舰满载漂浮时，根据阿基米德原理，浮力等于排开海水的重力，先将满载排水量换算为质量，再利用$G=mg$计算排开海水的重力，即浮力大小。
(2) 已知吃水深度和海水密度，根据液体压强公式$p=\rho gh$，代入数据计算舰底部受到海水的压强。
(3) 先根据$G=mg$算出反潜直升机的重力，直升机对水平甲板的压力等于其重力，再利用固体压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
【答案】
(1) 驱逐舰满载漂浮时，浮力等于排开海水的重力：
$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g=12000×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^{8}\ \mathrm{N}$
(2) 舰底部受到海水的压强：
$p=\rho_{\mathrm{海水}}gh=1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×8\ \mathrm{m}=8.24×10^{4}\ \mathrm{Pa}$
(3) 反潜直升机的重力：
$G=mg=8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=8×10^{4}\ \mathrm{N}$
直升机对水平甲板的压力$F_{\mathrm{压}}=G=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，则压强：
$p=\dfrac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\dfrac{8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^{2}}=8×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
阿基米德原理、液体压强计算、固体压强计算
【点评】
本题以055型导弹驱逐舰为背景，考查浮力与压强的相关计算，将物理知识与实际科技结合，既考查了基础知识的掌握，又能激发学生的爱国热情与学习兴趣。
【难度系数】
0.6
(1) 驱逐舰满载漂浮时，根据阿基米德原理，浮力等于排开海水的重力，先将满载排水量换算为质量，再利用$G=mg$计算排开海水的重力，即浮力大小。
(2) 已知吃水深度和海水密度，根据液体压强公式$p=\rho gh$，代入数据计算舰底部受到海水的压强。
(3) 先根据$G=mg$算出反潜直升机的重力，直升机对水平甲板的压力等于其重力，再利用固体压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
【答案】
(1) 驱逐舰满载漂浮时，浮力等于排开海水的重力：
$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g=12000×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^{8}\ \mathrm{N}$
(2) 舰底部受到海水的压强：
$p=\rho_{\mathrm{海水}}gh=1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×8\ \mathrm{m}=8.24×10^{4}\ \mathrm{Pa}$
(3) 反潜直升机的重力：
$G=mg=8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=8×10^{4}\ \mathrm{N}$
直升机对水平甲板的压力$F_{\mathrm{压}}=G=8×10^{4}\ \mathrm{N}$，则压强：
$p=\dfrac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\dfrac{8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^{2}}=8×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
阿基米德原理、液体压强计算、固体压强计算
【点评】
本题以055型导弹驱逐舰为背景，考查浮力与压强的相关计算，将物理知识与实际科技结合，既考查了基础知识的掌握，又能激发学生的爱国热情与学习兴趣。
【难度系数】
0.6
14. 某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图7所示的甲、乙、丙三次实验。(注:毛巾表面比木板表面粗糙)
(1)甲、乙、丙三次实验中,沿水平方向匀速直线拉动木块,根据知识,弹簧测力计对木块的拉力大小等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2)通过对比两次实验可知:其他条件相同时,接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越大。
(3)通过对比乙、丙两次实验可得出结论:。
(4)兴趣小组的同学利用上面实验装置继续探究滑动摩擦力与表中因素的关系,保持其他因素不变,只改变了表中的两个因素,记录的实验数据如表所示。分析实验数据可得出结论:滑动摩擦力的大小与。
(5)小组交流讨论时发现:在实验中发现很难严格控制木块做匀速直线运动,弹簧测力计的示数不稳定。于是经小组改进,设计了图丁所示的实验装置,则图丁装置的优点:①不需要拉动长木板做运动;②测力计相对静止,。
(1)甲、乙、丙三次实验中,沿水平方向匀速直线拉动木块,根据知识,弹簧测力计对木块的拉力大小等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2)通过对比两次实验可知:其他条件相同时,接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越大。
(3)通过对比乙、丙两次实验可得出结论:。
(4)兴趣小组的同学利用上面实验装置继续探究滑动摩擦力与表中因素的关系,保持其他因素不变,只改变了表中的两个因素,记录的实验数据如表所示。分析实验数据可得出结论:滑动摩擦力的大小与。
(5)小组交流讨论时发现:在实验中发现很难严格控制木块做匀速直线运动,弹簧测力计的示数不稳定。于是经小组改进,设计了图丁所示的实验装置,则图丁装置的优点:①不需要拉动长木板做运动;②测力计相对静止,。
答案
二
力平衡
甲、乙
接触面所受压力一定时，
接触面越粗糙，滑动摩擦力越大
物体运动速度的大小及接触
面的面积无关
匀速直线
便于读数
力平衡
甲、乙
接触面所受压力一定时，
接触面越粗糙，滑动摩擦力越大
物体运动速度的大小及接触
面的面积无关
匀速直线
便于读数
解析
【解析】
(1) 当沿水平方向匀速直线拉动木块时，木块在水平方向受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡知识，二者大小相等，因此弹簧测力计对木块的拉力大小等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2) 探究滑动摩擦力与压力大小的关系时，需控制接触面粗糙程度相同、改变压力大小，甲、乙两次实验接触面均为木板（粗糙程度相同），乙中木块增加了砝码，压力更大，所以对比甲、乙两次实验可得出相应结论。
(3) 乙、丙两次实验中，木块对接触面的压力相同，丙中接触面为毛巾（比木板粗糙），弹簧测力计示数更大，说明滑动摩擦力更大，因此可得出结论：接触面所受压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
(4) 分析表格数据，当改变物体运动速度和接触面的面积时，滑动摩擦力的大小不变，因此可得出滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小及接触面的面积无关。
(5) 图丁装置中，拉动长木板时，木块相对于地面静止，受到的滑动摩擦力与弹簧测力计的拉力始终平衡，因此不需要拉动长木板做匀速直线运动；同时弹簧测力计相对静止，便于准确读数。
【答案】
(1) 二力平衡
(2) 甲、乙
(3) 接触面所受压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大
(4) 物体运动速度的大小及接触面的面积无关
(5) 匀速直线；便于读数
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素、二力平衡的应用、控制变量法
【点评】
本题围绕滑动摩擦力的影响因素展开探究，考查了二力平衡知识的应用、控制变量法的实验设计与数据分析，同时涉及实验装置的改进，着重培养学生的实验探究能力与归纳总结能力，是力学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
(1) 当沿水平方向匀速直线拉动木块时，木块在水平方向受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡知识，二者大小相等，因此弹簧测力计对木块的拉力大小等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2) 探究滑动摩擦力与压力大小的关系时，需控制接触面粗糙程度相同、改变压力大小，甲、乙两次实验接触面均为木板（粗糙程度相同），乙中木块增加了砝码，压力更大，所以对比甲、乙两次实验可得出相应结论。
(3) 乙、丙两次实验中，木块对接触面的压力相同，丙中接触面为毛巾（比木板粗糙），弹簧测力计示数更大，说明滑动摩擦力更大，因此可得出结论：接触面所受压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
(4) 分析表格数据，当改变物体运动速度和接触面的面积时，滑动摩擦力的大小不变，因此可得出滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小及接触面的面积无关。
(5) 图丁装置中，拉动长木板时，木块相对于地面静止，受到的滑动摩擦力与弹簧测力计的拉力始终平衡，因此不需要拉动长木板做匀速直线运动；同时弹簧测力计相对静止，便于准确读数。
【答案】
(1) 二力平衡
(2) 甲、乙
(3) 接触面所受压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大
(4) 物体运动速度的大小及接触面的面积无关
(5) 匀速直线；便于读数
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素、二力平衡的应用、控制变量法
【点评】
本题围绕滑动摩擦力的影响因素展开探究，考查了二力平衡知识的应用、控制变量法的实验设计与数据分析，同时涉及实验装置的改进，着重培养学生的实验探究能力与归纳总结能力，是力学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
