Question

12．我國自主研發的“蛟龍號”載人潛水器（如圖甲）多次下潛到7000m海底，深海潛水器是用增加和拋棄壓載鐵的辦法來改變所受重力來實現浮沉．

（1）若“蛟龍號”到達7000m深的海底世界，海水對“蛟龍號”外殼的壓強約為7×10⁷Pa，則潛水器的一個面積為300cm²觀測孔受到海水的壓力約為多大？
（2）正在水中勻速直線下潛的“蛟龍號”潛水器的總質量為22t，在水中拋棄4000N的重物后潛水器以同樣的速度勻速直線上浮，潛水艇的外殼及體積不發生改變，所受海水的阻力不變，請你估算潛水器的體積約為多大？（海水的密度近似取1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）．
（3）如圖乙為某專業區內海水的密度σ（單位體積內含鹽量）隨海水垂直深度h變化的圖線，海水密度的垂直分布主要是由鹽度決定，其他因素的影響可忽略．裝載著潛水器的輪船在作業區域，將潛水器用鋼纜吊起浸沒水中懸停在水中時，松開鋼纜，潛水器剛好勻速下沉，則下沉過程中，潛水器速度最大位置為C（選填“A”“B”“C”“D”），此位置潛水器受到的力是平衡力（選填“平衡力”“非平衡力”）．

Answer 1

分析 （1）由F=pS求海水對觀測孔的壓力；
（2）對“蛟龍號”受力分析，由平衡條件及阿基米德原理求潛水器的體積；
（3）根據圖象，對“蛟龍號”進行不同點的受力分析，據此解題．

解答 解：（1）觀察孔的面積S=300cm²=0.03m²，
由p=$\frac{F}{S}$可得，海水對觀測孔的壓力約為：F=pS=7×10⁷Pa×0.03m²=2.1×10⁶N．
（2）“蛟龍號”勻速下潛時，所受浮力和重力是平衡力，
有F_浮=G_潛-G_拋，即：ρ gV=m_潛g-G_拋，
則潛水器的體積：V=$\frac{{m}_{潛}g-{G}_{拋}}{ρg}$=$\frac{22×1{0}^{3}kg×10N/kg-4000N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=21.8 m³；
（3）由圖可知，潛水器用鋼纜吊起浸沒水中懸停在水中時，松開鋼纜，潛水器剛好勻速下沉，此時受到水的阻力而速度減小，C點時的海水的密度與A點相同，即又做勻速運動，此時速度最大，受到平衡力的作用．
答：（1）觀測孔受到海水的壓力約為2.1×10⁶N；
（2）潛水器的體積約為21.8 m³；
（3）C；平衡力．

點評 本題考查了壓強與浮力的計算，關鍵是要進行受力分析．