Question

【題目】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。（g＝10N/kg）

（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8000N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）。

（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直至懸停在水中時，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_____（選填“A”“B”“C”“D”），此位置潛水器受到的力是_____（選填“平衡力”“非平衡力”）。

Answer 1

【答案】2.1×106N 21.6 m3 C 平衡力

【解析】

（1）觀察孔的面積S＝300cm2＝0.03m2，

由可得，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，所受的阻力與浮力均不變，可得：

勻速下沉時：F浮+f＝G總；﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①

在水中拋棄8000N的重物后勻速上升時：F浮＝f+G總﹣G拋﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②

由①②可得：；

則潛水器的體積：；

（3）由圖乙可知：由于潛水器的重力不變，松開鋼纜時，潛水器若在AB段，由于AB段隨著深度的增加海水密度減小，則浮力減小，所以向下的合力變大，潛水器向下作加速度變大的加速運動；當在BC段，海水的密度增大，浮力增大，向下的合力減小，潛水器作加速度減小的加速運動，到C點時，由于C點和A點海水的密度相同，合力為0，潛水器的速度達到最大值。在CD段，浮力繼續增大，合力的方向向上，潛水器作減速運動。

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21.6 m3；（3）C；平衡力。