Question

如圖是我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器．最大下潛深度為當(dāng)今“世界之最”----7000米，工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的 99.8%（目前美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、日本擁有世界上 僅有的五艘6000米級(jí)深海載人潛水器）．2011年8月18日，完成5000米級(jí)海試回國(guó)，目前最大下潛深度達(dá)到5188米，我國(guó)載人深潛技術(shù)已步入世界先進(jìn)行列，2012年夏天將挑戰(zhàn)7000米．
（1）如果潛水器的一個(gè)觀測(cè)孔的面積約為300cm²，當(dāng)“蛟龍?zhí)枴钡竭_(dá)7000m深的海底世界時(shí)，此時(shí)海水對(duì)該觀測(cè)孔的壓力約為多大？（海水密度近似取ρ=1.0×l0³ kg/m³，g=10N/kg．下同）
（2）若正在水下勻速下潛的“蚊龍?zhí)枴睗撍�器的總體積約為23m³，請(qǐng)你由此估算潛水器的總質(zhì)量約為多少噸？
（3）在需要緊急上浮時(shí)，潛水器可以拋掉隨身攜帶的壓載鐵．試分析勻速上浮的“蛟龍?zhí)枴睗撍�器拋掉壓載鐵后的重力與浮力的大小關(guān)系，以及潛水器在水中的運(yùn)動(dòng)情況．

Answer 1

分析：（1）已知海水的深度，由液體壓強(qiáng)公式P=ρgh可以求出海水對(duì)“蛟龍?zhí)枴蓖鈿さ膲簭?qiáng)；由公式F=PS可以求出海水對(duì)觀測(cè)孔的壓力；
（2）根據(jù)潛水器的總體積約為23m³，利用F_浮=ρgV_排可求得潛水器所受浮力；勻速直潛時(shí)，浮力與重力相等，然后即可得出其質(zhì)量；
（3）對(duì)“蛟龍?zhí)枴笔芰Ψ治觯骸膀札執(zhí)枴眲蛩傧聺摃r(shí)受到浮力和重力，二力平衡，大小相等．拋掉隨身攜帶的重物后，重力小于浮力，二力不再平衡，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變．

解答：解：（1）海水對(duì)“蛟龍?zhí)枴蓖鈿さ膲簭?qiáng)：
P=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×7000m=7×10⁷Pa，
海水對(duì)該觀測(cè)孔的壓力F=PS=7×10⁷Pa×0.03m²=2.1×10⁶N；
答：海水對(duì)該觀測(cè)孔的壓力是2.1×10⁶N．
（2）已知潛水器的總體積約為23m³，則潛水器所受浮力F_浮=ρgV_排=1.0×l0³ kg/m³×10N/kg×23m³=23×10⁴N．
因?yàn)閯蛩傧聺摃r(shí)，浮力與重力相等，則G=23×10⁴N．
所以潛水器的總質(zhì)量m=

G

g

=

23×104N

10N/kg

=23×10³kg=23t．
答：潛水器的總質(zhì)量約為23噸．
（3）勻速下潛的“蛟龍?zhí)枴皰伒魤狠d鐵后，潛水器所受重力的減小遠(yuǎn)大于浮力的減小，故潛水器所受浮力大于重力，潛水器所受合力方向豎直向上，潛水器所受合分不再為零；因潛水器所受合力方向向上，而潛水器拋掉壓載鐵前是勻速下潛，故潛水器拋掉壓載鐵后，先是減速下潛；當(dāng)潛水器下潛到速度減為零后，就又會(huì)反向加速上升．
答：勻速上浮的“蛟龍?zhí)枴睊伒魤狠d鐵后，潛水器的重力的減小遠(yuǎn)大于浮力的減小，所以此時(shí)潛水器的浮力大于重力，故潛水器會(huì)加速上浮．

點(diǎn)評(píng)：本題以“蛟龍?zhí)枴睗撍�器潛水為背景考查了：海水壓�?qiáng)、海水對(duì)觀察孔的壓力、潛水器的質(zhì)量，判斷潛水器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，考查的點(diǎn)較多，是一道中檔題．