Question

（2013?浠水縣模擬）2012年6月我國自主研制的“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器成功完成7000m深海探測，最大下潛深度7062米．如圖甲所示，母船正在向海中投放“蛟龍?zhí)枴�，調(diào)控兩根伸縮桿，使“∩”形架繞固定在甲板上的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)至圖甲所示位置時(shí)停止，然后由固定在“∩”形架頂部的絞車通過鋼纜釋放深潛器．處在圖甲所示位置的“∩”形架可以簡化為圖乙中以O(shè)為支點(diǎn)的杠桿，OB表示“∩”形架，CD表示兩根伸縮桿，O到CD的距離為2m，OD、OE的長度分別為3m、6m．深潛器的質(zhì)量為25t，總體積為24.5m³．（不考慮“∩”形架、兩根伸縮桿和絞車的重力，設(shè)海水的密度ρ_海水=1.0×10³kg/m³且不變）．
（1）“蛟龍?zhí)枴彼�受重力是多少�?br />（2）“蛟龍?zhí)枴边_(dá)到最大下潛深度時(shí)，所受海水的壓強(qiáng)是多少？
（3）在絞車勻速向下釋放“蛟龍?zhí)枴敝羷偨�沒的過程中，鋼纜BE起吊拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象如圖丙所示，圖中P₁=2P₂．求t₁時(shí)刻伸縮桿CD所受的拉力（不考慮水的阻力）．

Answer 1

分析：（1）已知深潛器的質(zhì)量，根據(jù)G=mg可求得“蛟龍?zhí)枴彼�受重力�?br />（2）已知最大下潛深度7062米．利用p=ρ_水gh可求得所受海水的壓強(qiáng)；
（3）知道深潛器的質(zhì)量，利用G=mg求其重力，深潛器剛浸沒時(shí)，對“∩”形架的拉力F_B=G-F_浮，找出其力臂，即OE；確定伸縮桿的拉力的力臂為O到CD的距離，根據(jù)杠桿平衡條件求解．

解答：解：（1）由G=mg得
G_潛=2.5×10⁴kg×10N/kg=2.5×10⁵N
（2）由p=ρ_水gh
p=1.0×10³kg/m³×10N/kg×7062m=7.062×10⁷ Pa
（3）由圖象可知，t₂時(shí)刻，深潛器完全浸沒在水中，此時(shí)鋼纜BE所受拉力：
F_BE=G_潛-F_浮=G_潛-ρ水gV_排=2.5×10⁵N-1.0×10³kg/m³×10N/kg×24.5m³=0.5×10⁴N
因?yàn)镻₁=2P₂，且絞車勻速向下釋放深潛器
所以t₁時(shí)刻鋼纜BE 所受拉力：F_BE′=2 F_BE=1×10⁴ N
根據(jù)杠桿平衡條件可知，t₁時(shí)刻伸縮桿CD所受的拉力：
F_CD=

F ′ BE ×L2

L1

=

1×104N×6m

2m

=3×10⁴N．
答：（1）“蛟龍?zhí)枴彼�受重力�?.5×10⁵N
（2）“蛟龍?zhí)枴边_(dá)到最大下潛深度時(shí)，所受海水的壓強(qiáng)是7.062×10⁷ Pa
（3）t₁時(shí)刻伸縮桿CD所受的拉力為3×10⁴N．

點(diǎn)評：本題考查了學(xué)生對重力公式、阿基米德原理、杠桿平衡條件的掌握和運(yùn)用，本題難點(diǎn)在第三問，確定兩個(gè)力的力臂大小、利用好杠桿平衡條件是關(guān)鍵．