Question

2011年7月28日上午12點15分，“蛟龍號”載人潛水器在東太平洋完成第三次下潛科學考察與試驗任務，最大下潛深度達到5 188m，載人潛水器在水下多次進行坐底，并且開展了海底地形地貌測量和取樣作業，獲得了近底精細地形資料．“蛟龍號”載人潛水器實現5000m級水深的突破，表明了中國有能力到達占全球面積70%的海洋深處進行探索．如圖所示，它的長、寬、高分別是8.2m、3.0m與3.4m 空重不超過22t，最大荷載是240kg．（g取10N/kg）求：
（1）“蛟龍號”載人潛水器最大下潛深度達到5188m時受到的海水對它的壓強是多少？（ρ_海水=1.03×10³kg/m³）
（2）“蛟龍號”載人潛水器完全潛入水下時受到的浮力是多少？
（3）“蛟龍號”載人潛水器是怎樣實現下潛和上浮的？

Answer 1

【答案】分析：（1）已知海水的密度和潛水器下潛到的深度，利用P=ρgh計算受到的壓強；
（2）已知潛水器的長、寬、高，可以得到其體積，也就是排開海水的體積，利用F_浮=ρ_液gV_排就能得到浮力；
（3）物體在液體中的浮沉，決定于物重和浮力的大小關系：物重大于浮力，下沉；物重等于浮力，懸浮；物重小于浮力，上浮．
解答：解：
（1）潛水器受到海水的壓強為
P=ρ_海水gh=1.03×10³ kg/m³×10N/kg×5188m=5.34×10⁷ Pa
（2）潛水器下潛時受到海水的浮力為
F_浮=ρ_海水gV_排=1.03×10³ kg/m³×10N/kg×8.2×3.0×3.4 m³=8.61×10⁵N
（3）潛水器浸沒在水中時，排開水的體積一定，也就是所受浮力一定，要上浮或下潛，只能改變重力．所以，在潛水器內部有一個水艙，通過對它的水艙進行吸、排水來改變自身重，從而實現下潛、上浮和懸停．
答：
（1）潛水器受到的壓強為5.34×10⁷Pa；
（2）潛水器受到的浮力為8.61×10⁵N；
（3）“蛟龍號”通過對它的水艙進行吸、排水來改變自身重量，從而實現下潛、上浮和懸停．
點評：本題綜合考查學生對液體壓強計算及浮力計算的力學綜合問題．只要熟練掌握液體壓強計算公式P=ρ_液gh和浮力計算的基本公式F_浮=ρ_液gV_排就能夠解決．