Question

17．2015年1月我國自行設(shè)計的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器（如圖甲） 對印度洋進行深海探礦、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，這主要是因為這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，迅速拋掉部分壓載鐵，使其所受浮力等于重力，不計水的阻力，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動力下潛上浮技術(shù)”，它是靠改變自身重力來實現(xiàn)浮沉．當(dāng)它懸停在工作區(qū)時，“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，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間變化的圖象如圖丙所示，圖丙中P₂=2P₁．t₁時刻“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，物體將做勻速運動；
（4）“蛟龍?zhí)枴笔强扛淖冏陨碇亓�來實現(xiàn)浮沉的，利用阿基米德原理可計算其所受浮力的大�。�
（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時刻，對探測器進行受力分析，得出F₁和F₂的大小，而P₂=2P₁，據(jù)此求出t₁時刻受到的浮力，再根據(jù)阿基米德原理求t₁時刻“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）液體壓強隨深度的增加而增大，要克服深海海水產(chǎn)生的巨大壓強，所選的材料必須有很強的硬度，而鈦合金板就屬于硬度大，穩(wěn)定性強的材料；
（3）拋掉部分壓載鐵，使其所受浮力等于重力，不計水的阻力，受的是平衡力，它將保持原狀態(tài)做勻速下沉運動；故選C；
（4）“蛟龍?zhí)枴辈捎谩吧顫撈鳠o動力下潛上浮技術(shù)”，它是靠改變自身重力來實現(xiàn)浮沉．
當(dāng)它懸停在工作區(qū)時，“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時刻，探測器：F₁+F_浮=mg，可得F₁=mg-F_浮，
t₂時刻，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，
因為F_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，準確判斷影響浮力因素的變化是本題的關(guān)鍵．難點在最后一問，對兩個時刻的探測器進行受力分析得出兩個時刻的拉力大小是本題的關(guān)鍵．考查的點較多，是一道難題．