Question

17．2015年1月我國自行設(shè)計(jì)的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器（如圖甲） 對印度洋進(jìn)行深海探礦、海底高精度地形測量．“蛟龍?zhí)枴钡耐鈿みx擇了鈦合金板作主材，其主要技術(shù)參數(shù)如表．蛟龍?zhí)枓煊羞m當(dāng)數(shù)量的壓載鐵，可通過改變壓載鐵的數(shù)量，來控制其下沉或上�。�并采用科學(xué)家們研發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的高速水聲通信技術(shù)，即聲納通信．

自身體積/m3	50.46	最大速度/節(jié)	25
自身質(zhì)量/kg	2.2×104	最大載荷（不包括乘員體重）/kg	220
最大下潛深度/m	7000	乘員人數(shù)（每人體重不超過80kg）	3

“蛟龍?zhí)枴钡碾娫词怯啥喙?jié)充油銀鋅蓄電池串聯(lián)而成．這種電源的“比能量”約為14kw•h/kg，“比能量”是指電池單位質(zhì)量所輸出的電能．每節(jié)這種蓄電池的放電電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙，可以用70A的電流連續(xù)放電13h．
（1）在深海工作區(qū)內(nèi)，“蛟龍?zhí)枴迸c海面上工作人員聯(lián)系時(shí)采用了超聲波傳遞信息．
（2）“蛟龍?zhí)枴钡耐鈿みx擇鈦合金板，這主要是因?yàn)檫@種材料具有較大硬度．
（3）加速下沉的“蛟龍?zhí)枴�，若在�?jīng)過某一密度均勻的海水區(qū)域時(shí)，迅速拋掉部分壓載鐵，使其所受浮力等于重力，不計(jì)水的阻力，則其將C
A．繼續(xù)加速下沉      B．減速下沉      C．勻速下沉      D．立即靜止
（4）“蛟龍?zhí)枴辈捎谩吧顫撈鳠o動(dòng)力下潛上浮技術(shù)”，它是靠改變自身重力來實(shí)現(xiàn)浮沉．當(dāng)它懸停在工作區(qū)時(shí)，“蛟龍?zhí)枴弊陨硭�受的浮力�?.046×10⁵N．（設(shè)海水的密度ρ_水=1×10³kg/m³，g取10N/kg）
（5）“蛟龍?zhí)枴惫ぷ鲿r(shí)，需要的總能量約為112kW•h．則其電源的質(zhì)量約為8kg，為了對“蛟龍?zhí)枴闭�常供電，串�?lián)的蓄電池不得少于77節(jié)．
（6）“蛟龍?zhí)枴蓖瓿扇蝿?wù)，乘員取出載荷上岸后，“蛟龍?zhí)枴逼�浮在海面上，由起重裝置將其勻速豎直吊離水面，起重裝置起吊拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象如圖丙所示，圖丙中P₂=2P₁．t₁時(shí)刻“蛟龍?zhí)枴钡呐潘�體積11m³ （不考慮水的阻力，g取10N/kg）．

Answer 1

分析 （1）在海水中常用超聲波傳遞信息；
（2）液體壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，鈦合金硬度大才能承受巨大的水壓；
（3）不計(jì)水的阻力，所受浮力等于重力，受的是平衡力，物體將做勻速運(yùn)動(dòng)；
（4）“蛟龍?zhí)枴笔强扛淖冏陨碇亓�來�?shí)現(xiàn)浮沉的，利用阿基米德原理可計(jì)算其所受浮力的大小．
（5）根據(jù)蓄電池的比能量求出蓄電池的質(zhì)量；根據(jù)W=UIt一節(jié)蓄電池的電能，再求出蓄電池的節(jié)數(shù)；
（6）設(shè)在t₁、t₂時(shí)刻起重裝置對探測器的拉力分別為F₁、F₂，探測器的速度為v，在t₁、t₂時(shí)刻，對探測器進(jìn)行受力分析，得出F₁和F₂的大小，而P₂=2P₁，據(jù)此求出t₁時(shí)刻受到的浮力，再根據(jù)阿基米德原理求t₁時(shí)刻“蛟龍?zhí)枴钡呐潘�體積．

解答 解：
（1）“蛟龍?zhí)枴鄙詈�潛水器在海水里與海面上的母船傳遞聲音、圖象、文字等信息，是利用水聲通信系統(tǒng)發(fā)出的超聲波；
（2）液體壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，要克服深海海水產(chǎn)生的巨大壓強(qiáng)，所選的材料必須有很強(qiáng)的硬度，而鈦合金板就屬于硬度大，穩(wěn)定性強(qiáng)的材料；
（3）拋掉部分壓載鐵，使其所受浮力等于重力，不計(jì)水的阻力，受的是平衡力，它將保持原狀態(tài)做勻速下沉運(yùn)動(dòng)；故選C；
（4）“蛟龍?zhí)枴辈捎谩吧顫撈鳠o動(dòng)力下潛上浮技術(shù)”，它是靠改變自身重力來實(shí)現(xiàn)浮沉．
當(dāng)它懸停在工作區(qū)時(shí)，“蛟龍?zhí)枴弊陨硭�受的浮力為�?br />F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×50.46m³=5.046×10⁵N；
（5）電源的質(zhì)量m=$\frac{112kW•h}{14kW•h/kg}$=8kg；
一節(jié)蓄電池的能量：W₁=UIt=1.6V×70A×13×3600s=5.25×10⁶J，
蓄電池的節(jié)數(shù)=$\frac{W}{{W}_{1}}$=$\frac{112×3.6×1{0}^{6}J}{5.25×1{0}^{6}J}$≈77（節(jié)）
（6）設(shè)在t₁、t₂時(shí)刻起重裝置對探測器的拉力分別為F₁、F₂，探測器的速度為v，
t₁時(shí)刻，探測器：F₁+F_浮=mg，可得F₁=mg-F_浮，
t₂時(shí)刻，探測器：F₂=mg，
由題知，P₂=2P₁，
即：F₂v=2F₁v，
則F₂=2F₁，
所以mg=2（mg-F_浮）
F_浮=$\frac{1}{2}$mg=$\frac{1}{2}$×22×10³kg×10N/kg=1.1×10⁵N，
因?yàn)镕_浮=ρ_水V_排g，
所以V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.1×1{0}^{5}N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=11m³．
故答案為：（1）超聲波；（2）硬度；（3）C；（4）自身重力；5.046×10⁵；（5）8；77；（6）11．

點(diǎn)評 此題考查物質(zhì)的基本屬性和潛水器的工作原理，以及影響浮力的因素，準(zhǔn)確判斷影響浮力因素的變化是本題的關(guān)鍵．難點(diǎn)在最后一問，對兩個(gè)時(shí)刻的探測器進(jìn)行受力分析得出兩個(gè)時(shí)刻的拉力大小是本題的關(guān)鍵．考查的點(diǎn)較多，是一道難題．