【分析】
1. 求油轮受到的浮力:油轮在长江中航行时处于漂浮状态,可直接利用阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}} g V_{\mathrm{排}}$计算浮力,代入已知的水的密度、g值和排开水的体积即可得出结果。
2. 求卸下燃油的质量:已知燃油的密度和体积,根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$的变形公式$m = \rho V$,代入数据就能算出卸下燃油的质量。
3. 求卸下燃油后油轮排开水的体积:油轮始终漂浮,浮力等于重力,卸下燃油后油轮的重力减小量等于卸下燃油的重力,因此浮力的减小量也等于卸下燃油的重力。先根据$G=mg$算出卸下燃油的重力,再利用阿基米德原理的变形公式$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{\Delta F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}} g}$算出排开水体积的减小量,最后用原来的排开水体积减去减小量,得到此时油轮排开水的体积。
【解析】
1. 计算油轮受到的浮力:
根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}} g V_{\mathrm{排}}$,代入$\rho_{\mathrm{水}} = 1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3$,$g = 10 \, \mathrm{N/kg}$,$V_{\mathrm{排}} = 300 \, \mathrm{m}^3$,可得:
$F_{\mathrm{浮}} = 1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 10 \, \mathrm{N/kg} × 300 \, \mathrm{m}^3 = 3 × 10^6 \, \mathrm{N}$。
2. 计算卸下的燃油质量:
由密度公式$\rho = \frac{m}{V}$变形得$m = \rho V$,代入$\rho_{\mathrm{燃油}} = 0.8×10^3 \mathrm{ kg/m}^3$,$V_{\mathrm{燃油}} = 100 \mathrm{ m}^3$,可得:
$m_{\mathrm{油}} = 0.8 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 100 \, \mathrm{m}^3 = 8 × 10^4 \, \mathrm{kg}$。
3. 计算卸下燃油后油轮排开水的体积:
首先计算卸下燃油的重力:$G_{\mathrm{油}} = m_{\mathrm{油}} g = 8 × 10^4 \, \mathrm{kg} × 10 \, \mathrm{N/kg} = 8 × 10^5 \, \mathrm{N}$。
因为油轮漂浮,浮力等于重力,所以浮力的减小量$\Delta F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{油}} = 8 × 10^5 \, \mathrm{N}$。
根据阿基米德原理的变形公式$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{\Delta F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}} g}$,代入数据可得:
$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{8 × 10^5 \, \mathrm{N}}{1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 10 \, \mathrm{N/kg}} = 80 \, \mathrm{m}^3$。
则此时油轮排开水的体积$V_{\mathrm{排}}' = 300 \, \mathrm{m}^3 - 80 \, \mathrm{m}^3 = 220 \, \mathrm{m}^3$。
【答案】
$3×10^6$;$8×10^4$;220
【知识点】
阿基米德原理;密度公式应用;物体浮沉条件
【点评】
本题考查浮力与密度的综合应用,需熟练运用阿基米德原理、密度公式及漂浮条件,明确油轮重力变化与浮力变化的对应关系是解题关键。
【难度系数】
0.6