Question

15．馬航MH370航班失聯(lián)后，各國(guó)在南印度洋展開(kāi)了搜尋客機(jī)飛行數(shù)據(jù)記錄儀（俗稱(chēng)“黑匣子”）（圖1）的工作．客機(jī)上安裝的黑匣子有兩種，一種是座艙話(huà)音記錄儀，可以記錄飛機(jī)上的各種通話(huà)；另一種是飛行數(shù)據(jù)記錄儀，主要記錄飛機(jī)的各種飛行數(shù)據(jù)．4月5日、6日，我國(guó)“海巡01”輪和澳大利亞“海洋之盾”防衛(wèi)艦相繼在南印度洋偵測(cè)到疑似客機(jī)飛行記錄儀發(fā)出的水下脈沖信號(hào)．4月7日，澳大利亞的潛水員們正在南印度洋搜索失聯(lián)航班MH370搭載的“黑匣子”的下落（圖2）．（g取10N/kg）

（1）即便飛機(jī)已完全損壞，黑匣子里的記錄數(shù)據(jù)也能完好保存．由此推測(cè)，“黑匣子”具有哪些物理性能？抗火、耐高溫、耐壓、耐沖擊振動(dòng)、耐海水浸泡、抗磁干擾等．
（2）潛水員在水下80m處受到海水的壓強(qiáng)是多大？（ρ_海水=1.03×10³kg/m³）
（3）假設(shè)潛水員在水下用豎直向上的力舉著體積為0.02m³、密度為2.7×10³kg/m³的物體靜止不動(dòng)，求潛水員的舉力是多大．（g取10N/kg）
（4）若潛水員在水下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受海水阻力與速度的關(guān)系如圖3所示，求潛水員在水下以0.5m/s的水平速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，潛水員的水平推進(jìn)力在10s內(nèi)所做的功．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)“黑匣子”的作用分析解答．
（2）知道海水的密度和深度，根據(jù)p=ρgh求出受到海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)；
（3）先根據(jù)阿基米德原理求出物體受到的浮力，再根據(jù)密度公式和G=mg求出物體的重力，最后對(duì)物體正確受力分析，然后由平衡條件得出潛水員的舉力；
（4）由f-v圖象可求當(dāng)潛水員以0.5m/s的水平速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力，根據(jù)二力平衡條件得出潛水員的動(dòng)力，利用v=$\frac{s}{t}$求出潛水員運(yùn)動(dòng)的距離，再利用W=Fs計(jì)算潛水員的水平推進(jìn)力在10s內(nèi)所做的功．

解答 解：（1）為了讓飛機(jī)失事后“黑匣子”不被損毀，保存在黑匣子中的數(shù)據(jù)不丟失，黑匣子的結(jié)構(gòu)應(yīng)該有抗火、耐高溫、耐壓、耐沖擊振動(dòng)、耐海水浸泡、抗磁干擾等特點(diǎn)．
（2）潛水員在水下80m處受到海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)：
p=ρ_海水gh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×80m=8.24×10⁵Pa；
（3）物體受到的浮力：
F_浮=ρ_海水gV_排=ρ_海水gV=1.03×10³kg/m³×10N/kg×0.02m³=206N，
由G=mg和$ρ=\frac{m}{V}$可得，物體受到的重力：
G=mg=ρVg=2.7×10³kg/m³×0.02m³×10N/kg=540N，
物體受豎直向下的重力G，豎直向上的浮力F_浮，潛水員向上的舉力F，
則潛水員對(duì)物體的舉力為：
F=G-F_浮=540N-206N=334N；
（4）由圖象可知，海水阻力與潛水員的運(yùn)動(dòng)速度成正比，則
當(dāng)潛水員運(yùn)動(dòng)速度為0.5m/s時(shí)，
f=$\frac{70N}{0.2m/s}$×0.5m/s=175N，
潛水員勻速前進(jìn)，則潛水員水平推進(jìn)力：F=f=175N，
由v=$\frac{s}{t}$可得，潛水員運(yùn)動(dòng)的距離：
s=vt=0.5m/s×10s=5m，
潛水員的水平推進(jìn)力在10s內(nèi)所做的功：
W=Fs=175N×5m=875J．
答：（1）抗火、耐高溫、耐壓、耐沖擊振動(dòng)、耐海水浸泡、抗磁干擾等．
（2）潛水員在水下80m處受到海水的壓強(qiáng)是8.24×10⁵Pa；
（3）潛水員的舉力是334N；
（4）潛水員的水平推進(jìn)力在10s內(nèi)所做的功為875J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了液體壓強(qiáng)、阿基米德原理、物體浮沉條件、密度公式、功的公式的綜合應(yīng)用，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)；要注意物體浸沒(méi)時(shí)排開(kāi)海水的體積和自身的體積相等．