③ 如图为公园观光的游船,为了保护环境,一般采用电力驱动游船。这种游船满载时,船和人的总质量为280 kg,$\rho_{水}=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$g$取10 N/kg。

(1)该游船满载时,船底最深处距离水面0.5 m,求该处所受水的压强。
(2)该游船满载时,求游船排开水的体积。
(3)该游船满载时,在平静的湖面上以1.5 m/s的速度匀速行驶,驱动电机的功率为750 W,且消耗电能的80%用来克服水的阻力做功,求此时游船所受水的阻力。
(1)该游船满载时,船底最深处距离水面0.5 m,求该处所受水的压强。
(2)该游船满载时,求游船排开水的体积。
(3)该游船满载时,在平静的湖面上以1.5 m/s的速度匀速行驶,驱动电机的功率为750 W,且消耗电能的80%用来克服水的阻力做功,求此时游船所受水的阻力。
答案
3.(1)5 000 Pa (2)$0.28\ \mathrm{m}^3$ (3)400 N
解析
【分析】
本题考查液体压强、浮力、功率的综合应用,解题思路如下:
(1) 求船底所受水的压强,直接利用液体压强公式$p=\rho gh$,代入已知的水的密度、深度和重力加速度即可计算;
(2) 游船满载时漂浮,根据漂浮条件可知浮力等于总重力,再结合阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,联立公式求出排开水的体积;
(3) 先根据电机总功率和能量转化效率求出克服阻力做功的有用功率,再利用功率公式$P=Fv$,结合匀速行驶时牵引力等于阻力,计算出水的阻力。
【解析】
(1) 船底所受水的压强:
$p=\rho_{水}gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.5\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{Pa}$;
(2) 游船满载时漂浮,浮力等于总重力:
$F_{浮}=G_{总}=m_{总}g=280\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2800\ \mathrm{N}$;
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,可得排开水的体积:
$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{2800\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=0.28\ \mathrm{m}^3$;
(3) 克服水阻力做功的有用功率:
$P_{有用}=P_{总}×80\%=750\ \mathrm{W}×0.8=600\ \mathrm{W}$;
游船匀速行驶,牵引力$F=f$,根据功率公式$P=Fv$,可得阻力:
$f=F=\frac{P_{有用}}{v}=\frac{600\ \mathrm{W}}{1.5\ \mathrm{m/s}}=400\ \mathrm{N}$;
【答案】
(1) $5000\ \mathrm{Pa}$;(2) $0.28\ \mathrm{m}^3$;(3) $400\ \mathrm{N}$
【知识点】
液体压强计算、阿基米德原理、功率的计算
【点评】
本题是初中力学基础知识点的综合应用,涵盖液体压强、漂浮条件与阿基米德原理、功率公式的应用,解题关键是熟练掌握各公式及适用条件,属于难度适中的基础题,适合巩固力学基础。
【难度系数】
0.6
本题考查液体压强、浮力、功率的综合应用,解题思路如下:
(1) 求船底所受水的压强,直接利用液体压强公式$p=\rho gh$,代入已知的水的密度、深度和重力加速度即可计算;
(2) 游船满载时漂浮,根据漂浮条件可知浮力等于总重力,再结合阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,联立公式求出排开水的体积;
(3) 先根据电机总功率和能量转化效率求出克服阻力做功的有用功率,再利用功率公式$P=Fv$,结合匀速行驶时牵引力等于阻力,计算出水的阻力。
【解析】
(1) 船底所受水的压强:
$p=\rho_{水}gh=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.5\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{Pa}$;
(2) 游船满载时漂浮,浮力等于总重力:
$F_{浮}=G_{总}=m_{总}g=280\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2800\ \mathrm{N}$;
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,可得排开水的体积:
$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{2800\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=0.28\ \mathrm{m}^3$;
(3) 克服水阻力做功的有用功率:
$P_{有用}=P_{总}×80\%=750\ \mathrm{W}×0.8=600\ \mathrm{W}$;
游船匀速行驶,牵引力$F=f$,根据功率公式$P=Fv$,可得阻力:
$f=F=\frac{P_{有用}}{v}=\frac{600\ \mathrm{W}}{1.5\ \mathrm{m/s}}=400\ \mathrm{N}$;
【答案】
(1) $5000\ \mathrm{Pa}$;(2) $0.28\ \mathrm{m}^3$;(3) $400\ \mathrm{N}$
【知识点】
液体压强计算、阿基米德原理、功率的计算
【点评】
本题是初中力学基础知识点的综合应用,涵盖液体压强、漂浮条件与阿基米德原理、功率公式的应用,解题关键是熟练掌握各公式及适用条件,属于难度适中的基础题,适合巩固力学基础。
【难度系数】
0.6
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