试题

（2012·河东区一模）在南极科学考察中使用的海洋破冰船，其发动机额定功率为P₁千瓦，航行于海面上时，它的排水体积为V₁米³．破冰船针对不同的冰层采用不同的破冰方法，其中一种方法是：接触冰面前，船全速航行，船体大部分冲上水面，就可以把冰压碎．若已知海水的密度为ρ_海水．求：
（1）若破冰船的牵引力用F表示，速度用v表示，发动机的功率用P表示，请你推导F、v、和P之间的关系式：P=F·v．
（2）若破冰船按额定功率在海面上以v₁千米/小时的速度沿直线匀速前进了s₁米，破冰船受到的阻力和破冰船所做的功各是多少？
（3）在一次破冰行动中，当船冲上冰面后，船的排水体积变为原来的

1

3

，船与冰面的接触面积为S米²，此时破冰船对冰层的压强是多少？

解：
（1）功率公式：P=

W

t

，功的计算公式：W=Fs，由速度公式v=

S

t

可得：S=vt，
将S=vt代入W=FS中，可得W=F·vt，
再将W=Fvt代入P=

W

t

中，可得P=F·v；
（2）发动机额定功率为P₁kW=10³P₁W，破冰船的速度v₁km/h=

1

3.6

v₁m/s，破冰船前进的距离s₁m，
由P=F·v可得：F=

P

v

则船的牵引力：F=

P

v

=

103P1

1 3.6 v1

=

3.6×103P1

v1

因为船是匀速运动的，
所以受到的阻力为f=F=

3.6×103P1

v1

N，
船的牵引力所做的功：W=FS=

3.6×103P1

v1

N×s₁m=

3.6×103P1S1

v1

J；
答：受到的阻力为

3.6×103P1

v1

N，
船的牵引力所做的功为

3.6×103P1S1

v1

J；
（3）船没有冲上冰面时受到的浮力：F_浮=ρ_海水gV₁N
因为船漂浮在海面上，所以G=F_浮=ρ_海水gV₁N，
当船冲上冰面后受到的浮力：F_浮′=

1

3

ρ_海水gV₁N，
所以船对冰面的压力：F=G-F_浮′=ρ_海水gV₁N
-

1

3

ρ_海水gV₁N=

2

3

ρ_海水gV₁N，
则船对冰面的压强：P=

F

S

=

2 3 ρ海水gV1N

Sm2

=

2ρ海水gV1

3S

Pa．
答：此时破冰船对冰层的压强是

2ρ海水gV1

3S

Pa．
解：
（1）功率公式：P=

W

t

，功的计算公式：W=Fs，由速度公式v=

S

t

可得：S=vt，
将S=vt代入W=FS中，可得W=F·vt，
再将W=Fvt代入P=

W

t

中，可得P=F·v；
（2）发动机额定功率为P₁kW=10³P₁W，破冰船的速度v₁km/h=

1

3.6

v₁m/s，破冰船前进的距离s₁m，
由P=F·v可得：F=

P

v

则船的牵引力：F=

P

v

=

103P1

1 3.6 v1

=

3.6×103P1

v1

因为船是匀速运动的，
所以受到的阻力为f=F=

3.6×103P1

v1

N，
船的牵引力所做的功：W=FS=

3.6×103P1

v1

N×s₁m=

3.6×103P1S1

v1

J；
答：受到的阻力为

3.6×103P1

v1

N，
船的牵引力所做的功为

3.6×103P1S1

v1

J；
（3）船没有冲上冰面时受到的浮力：F_浮=ρ_海水gV₁N
因为船漂浮在海面上，所以G=F_浮=ρ_海水gV₁N，
当船冲上冰面后受到的浮力：F_浮′=

1

3

ρ_海水gV₁N，
所以船对冰面的压力：F=G-F_浮′=ρ_海水gV₁N
-

1

3

ρ_海水gV₁N=

2

3

ρ_海水gV₁N，
则船对冰面的压强：P=

F

S

=

2 3 ρ海水gV1N

Sm2

=

2ρ海水gV1

3S

Pa．
答：此时破冰船对冰层的压强是

2ρ海水gV1

3S

Pa．