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第二章密度压强浮力
相信你一定还记得传说中古希腊学者阿基米德鉴别皇冠是否是纯金的办法。他将皇冠和等重的金块分别放入盛满水的容器中,看排出的水是否相同,由此确定皇冠是否是纯金的。这个古老的故事中鉴别真伪的方法,就是我们今天常用的利用密度鉴别物质的方法。
设想你穿着棉靴,走在厚厚的雪地上,通常你会陷到雪里。但是,你如果穿上滑雪板,情况就会大不相同,你知道这又是为什么吗?
当你看到五彩的热气球飞上蓝天时,是否也曾试图把自己用力吹好的气球放飞蓝天?遗憾的是当你松手时,气球总是不随我们意愿,而飘落地面。你想过这又是什么原因吗?
密度、压强和浮力知识的学****不仅可以帮助我们解释上述这些问题,而且还会帮助我们解决很多实际问题。当你因要测量500g酒精,没有天平而犯愁时,密度知识的学****会帮助你从其他角度完成任务。当你接到高原地区的人求助:如何将饭煮熟?压强知识的学****会帮助你为他们提供有效的解决方法。当你接到要测量一种液体的密度的任务时,浮力知识的学****会为你解决问题提供更多的可行方案。相信你通过这部分的学****会成为一名大家心目中解决问题的小能手。
知识内容
:质量的概念;质量的测量;日常生活中常用物体质量的常识性了解。
:密度的概念;日常生活中常见物质密度的常识性了解;密度的测量。
:压力的概念;压强的概念;日常生活、生产中增大和减小压强的方法;日常生活中常见物体对其支撑面的压强数值范围的常识性了解。
:液体压强公式;连通器;日常生活、生产中应用连通器实例的常识性了解。
:大气压强的概念;说明大气压的存在;托里拆利实验原理及方法;大气压强数值及单位;日常生活中简易可行的测量大气压的方法;大气压随海拔高度的变化;活塞式抽水机和离心式水泵的构造及工作原理。
:质量一定的气体,压强和温度、体积的关系;流速与压强关系。
:浮力的概念;浮力产生的原因;验证阿基米德原理的实验;阿基米德原理的内容及应用;物体的浮沉条件。
例题放送
例1 海洋打捞技术中常用浮筒打捞海底沉船。充满海水的浮筒靠自重下沉,向沉入水中的浮筒内充气,将浮筒内海水排出,浮筒即产生上举力。浮筒为钢制的空心圆柱体,其圆柱面的外半径r=5m , 圆柱体高度L=12m,其质量为2×105kg。某海域有一艘失事沉船, 打捞人员需先用声呐(一种发射声波的仪器)探测沉船的深度, 在沉船正上方的海面上向沉船发射声波,, 海水中的声速为 1500m/s ,(1)给浮筒充气的气体压强至少应是多大?(2)经过海下勘测,通过计算机模拟运算可知,大约需4×107N的力才能将沉船打捞起来,若用浮筒打捞,至少需要多少个这样的浮筒?海面大气压p0=×105Pa ,海水的密度是ρ=×103kg/m3 。
分析解答
(1)沉船在水中的深度h=×1500×=75m 。
给浮筒充气的气体压强至少要达到海水下75m深处的压强,即:
p=p0+ρg h=×105Pa+×103××75 Pa
=×105Pa 。
(2)浮筒排开水的体积V=πr2L,它在水中所受到的浮力是:
F=ρgV=ρgπr2L
=×103×××5 2×12 N
=×106 N 。
浮筒所受重力G=mg=×10 5×=×10 6 N 。
每个浮筒能够产生的上举力等于受到的浮力与其重力之差,即上举力
F上=F—G=××106N=×106 N 。
打捞起沉船所需浮筒个数N===
即打捞起沉船至少需要6个浮筒。
思路点拨
本题采用打捞沉船的方法称为浮筒法,它是海洋打捞技术中常用的方法之一。现代大型沉船的打捞采用更先进技术,使之更加安全可靠,如“南海一号”打捞过程中,首先将沉箱入水包裹宝船,为了确保万无一失出水,设计了“双保险”式打捞,亚洲第一吊“华天龙”号在起吊同时,全潜驳“重任一六零一”号缓缓没入“南海一号”沉井下部,将其慢慢顶出水面,同时采用气囊进行助浮,施工人员将未充气的气囊分别均匀地安装在沉箱的四周,在“南海一号”准备起吊时,再将气囊充足气,产生巨大的浮力。
例2 物理课外活动小组的同学利用所学****的知识,测量一件用金铜合金制成的实心工艺品中含金量。他们用天平测出工艺品的质量是600g,用量杯测出工艺品的体积是50cm3。、。老师告诉他们这两种金属制成合金后,原来两种金属的体积之和就等于现在合金的体积。请你和课外活动小组的同学一起用测