【分析】
(1)求解积雪密度的核心是抓住积雪被踏实后质量不变的特点。积雪压实后变为冰层,质量相等,我们可设脚印面积为$S$,分别表示出积雪和冰的体积,再利用密度公式的变形式$m=\rho V$,通过质量相等建立等式,结合已知冰的密度就能求出积雪密度。
(2)计算$100\ \mathrm{m}^2$积雪的质量时,先根据积雪厚度求出积雪体积,再利用密度公式$m=\rho V$计算质量即可。
【解析】
(1)单位换算:
积雪厚度$h_{\mathrm{雪}}=180\ \mathrm{mm}=0.18\ \mathrm{m}$,雪坑深度$h_{\mathrm{坑}}=165\ \mathrm{mm}=0.165\ \mathrm{m}$,
则冰层厚度$h_{\mathrm{冰}}=h_{\mathrm{雪}}-h_{\mathrm{坑}}=0.18\ \mathrm{m}-0.165\ \mathrm{m}=0.015\ \mathrm{m}$。
设脚印面积为$S$,则积雪体积$V_{\mathrm{雪}}=S h_{\mathrm{雪}}$,冰的体积$V_{\mathrm{冰}}=S h_{\mathrm{冰}}$。
因积雪压实后质量不变,即$m_{\mathrm{雪}}=m_{\mathrm{冰}}$,由$\rho=\frac{m}{V}$得$m=\rho V$,因此:
$\rho_{\mathrm{雪}} V_{\mathrm{雪}}=\rho_{\mathrm{冰}} V_{\mathrm{冰}}$
代入体积表达式:
$\rho_{\mathrm{雪}} · S h_{\mathrm{雪}}=\rho_{\mathrm{冰}} · S h_{\mathrm{冰}}$
约去$S$,整理得:
$\rho_{\mathrm{雪}}=\frac{h_{\mathrm{冰}}}{h_{\mathrm{雪}}} \rho_{\mathrm{冰}}$
代入数值计算:
$\rho_{\mathrm{雪}}=\frac{0.015\ \mathrm{m}}{0.18\ \mathrm{m}} × 0.9 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3=0.075 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3$
(2)计算$100\ \mathrm{m}^2$积雪的体积:
$V_{\mathrm{雪}}'=S' h_{\mathrm{雪}}=100\ \mathrm{m}^2 × 0.18\ \mathrm{m}=18\ \mathrm{m}^3$
由$\rho=\frac{m}{V}$得积雪质量:
$m_{\mathrm{雪}}'=\rho_{\mathrm{雪}} V_{\mathrm{雪}}'=0.075 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 18\ \mathrm{m}^3=1350\ \mathrm{kg}$
【答案】
(1)积雪的密度为$\boldsymbol{0.075 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3}$;
(2)$100\ \mathrm{m}^2$积雪的质量为$\boldsymbol{1350\ \mathrm{kg}}$。
【知识点】
密度公式的应用、质量守恒
【点评】
本题是密度公式的实际应用,关键在于利用积雪压实前后质量不变的关系建立等式,解题时要注意单位统一,属于基础型密度计算问题。
【难度系数】
0.6