Question

6．昭陽湖是興化人游泳的好去處，但這里也是發(fā)生溺水事故的高發(fā)水域．為安全起見，有經(jīng)驗(yàn)的游泳者常常要裝備一種被稱作“跟屁蟲”的輔助裝備．“跟屁蟲”由一個(gè)氣囊和腰帶組成，兩者之間由一根線連接．如圖A，正常游泳時(shí)，連線松馳，“跟屁蟲”浮在水面，跟人如影相隨．體力不支時(shí)，可將氣囊壓入水中，這樣就可以起到很好的保護(hù)作用．如圖B為一“跟屁蟲”的說明書．（ρ_水=1.0×10³ kg/m³）求：

（1）人正常游泳，“跟屁蟲”浮在水面時(shí)排開水的體積；
（2）將氣囊全部壓入水中，由此可獲得的向上的力量；
（3）為了使“跟屁蟲”在不慎被刺破后，仍能起到一定的保護(hù)作用，請(qǐng)對(duì)它的氣囊設(shè)計(jì)提一個(gè)合理的建議．
把內(nèi)部氣囊設(shè)計(jì)為多氣囊．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)物體的浮沉條件和阿基米德原理分析；
（2）求出跟屁蟲的體積，根據(jù)阿基米德原理求出全部浸入時(shí)的浮力，浮力減去重力為獲得的向上的力量；
（3）可以采用多個(gè)氣囊的方法．

解答 解；
（1）由圖可知，跟屁蟲的質(zhì)量為m=100g=0.1kg，
其重力為G=mg=0.1kg×10N/kg=1N；
跟屁蟲漂浮在水中，受到的浮力等于重力；
由阿基米德原理可得，“跟屁蟲”浮在水面時(shí)排開水的體積為：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³；
（2）跟屁蟲的體積為：V=0.4×0.3m×0.2m=0.024m³；
將氣囊全部壓入水中，此時(shí)“跟屁蟲”受到的浮力為：
F_浮'=ρ_水gV=1×10³kg/m³×10N/kg×0.024m³=240N；
由此可獲得的向上的力量為：F=F_浮'-G=240N-1N=239N；
（3）可以把內(nèi)部氣囊設(shè)計(jì)為多氣囊，即使一個(gè)被刺破，也能正常使用．
答：（1）“跟屁蟲”浮在水面時(shí)排開水的體積為1.0×10^-4 m³；
（2）獲得的向上的力量為239N；
（3）把內(nèi)部氣囊設(shè)計(jì)為多氣囊．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道力學(xué)綜合題，考查了重力的計(jì)算、浮力的計(jì)算、知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，本題關(guān)鍵是阿基米德原理和漂浮條件的聯(lián)合使用．