【分析】
这道题需要分三步解决,分别利用阿基米德原理、密度公式和漂浮条件来计算:
1. 求油轮受到的浮力:油轮在长江中航行时,排开水的体积已知,直接根据阿基米德原理公式$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $代入数值计算即可。
2. 求卸下燃油的质量:已知燃油的密度和体积,利用密度公式$ \rho=\frac{m}{V} $的变形公式$ m=\rho V $,代入数据就能算出质量。
3. 求卸下燃油后排开水的体积:油轮始终处于漂浮状态,浮力等于总重力,卸下燃油后,油轮重力的减少量等于卸下燃油的重力,因此浮力的减少量也等于该重力。先算出卸下燃油的重力,再根据阿基米德原理求出减少的排开水的体积,最后用原来的排开体积减去减少的体积,得到新的排开体积。
【解析】
1. 计算油轮受到的浮力:
根据阿基米德原理$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $,已知$ \rho_{水}=1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3} $,$ g=10\, \mathrm{N/kg} $,$ V_{排}=300\, \mathrm{m^3} $,代入得:
$ F_{浮}=1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×10\, \mathrm{N/kg}×300\, \mathrm{m^3}=3×10^{6}\, \mathrm{N} $
2. 计算卸下燃油的质量:
由密度公式$ \rho=\frac{m}{V} $变形得$ m=\rho V $,已知燃油密度$ \rho_{油}=0.8×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3} $,体积$ V_{油}=100\, \mathrm{m^3} $,代入得:
$ m_{油}=0.8×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×100\, \mathrm{m^3}=8×10^{4}\, \mathrm{kg} $
3. 计算卸下燃油后排开的水的体积:
首先计算卸下燃油的重力:$ G_{油}=m_{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,所以卸下燃油后浮力的减少量$ \Delta F_{浮}=G_{油}=8×10^{5}\, \mathrm{N} $
由$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $得减少的排开水的体积:
$ \Delta V_{排}=\frac{\Delta F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{8×10^{5}\, \mathrm{N}}{1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×10\, \mathrm{N/kg}}=80\, \mathrm{m^3} $
则卸下燃油后排开的水的体积:
$ V_{排}'=V_{排}-\Delta V_{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;漂浮条件
【点评】
本题结合实际航行场景,综合考查浮力、密度的核心知识点,需要熟练掌握相关公式的变形应用,以及漂浮状态下浮力与重力的关系,逻辑推导清晰,注重对基础公式和物理规律的灵活运用。
【难度系数】
0.7