Question

在實現(xiàn)登月“訪吳剛、會嫦娥”千年夙愿的同時，我們一直在追尋著下海“闖龍宮、見龍王”的夢想．2011年7月，我國首臺自主設(shè)計、自主集成的載人潛水器“蛟龍”號（如圖所示，其主要技術(shù)參數(shù)如下表），在經(jīng)過布放、下潛、上浮、回收等一系列操作后，順利完成5000m級海試任務(wù)．2012年6月3日赴馬里亞納海溝向7000m級發(fā)起沖擊，“上九天攬月、下五洋捉鱉”成為現(xiàn)實．

規(guī)格：長8.2m  寬3.0m  高3.4m 空重：22t（不含乘員體重及壓載鐵重） 最大載荷：220kg（不包括乘員體重） 最大速度：25節(jié)（巡航1節(jié)） 目前最大下潛深度：7000m 乘員：3人（每名乘員的體重不超過80kg）

（1）運用你學(xué)過的知識說明，潛水器“下五洋”最大的困難是什么？
（2）根據(jù)表中提供的信息，計算說明設(shè)計制造時，“蛟龍”號至少承受的壓強是多大？
（3）“蛟龍”號采用“深潛器無動力下潛上浮技術(shù)”，其兩側(cè)配備4塊相同的壓載塊，當(dāng)其到達設(shè)定深度時，可拋卸其中2塊壓載塊，使其處于懸浮狀態(tài)，從而實現(xiàn)各種實驗作業(yè)．粗略計算小鐵塊的體積為多大時，才能使“蛟龍”號最大負載時實現(xiàn)懸浮靜止?fàn)顟B(tài)？（海水的密度取1.0×10³kg/m³，g取10N/kg，鐵的密度是7.9×10³kg/m³，計算結(jié)果保留1位小數(shù)）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)公式P=ρgh可知，液體的壓強隨深度的增加而增大．
（2）已知最大下潛深度，由液體壓強公式P=ρgh求產(chǎn)生的壓強．
（3）對“蛟龍?zhí)枴笔芰Ψ治觯�由平衡條件求鐵塊的體積．
解答：解：（1）潛水器“下五洋”最大的困難是克服深海水產(chǎn)生的巨大壓強；
（2）“蛟龍?zhí)枴钡竭_h=7000m深的海底時，海水密度ρ=1.0×10³kg/m³，海水對“蛟龍?zhí)枴蓖鈿さ膲簭娂s為
P=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×7000m=7×10⁷Pa．
答：“蛟龍”號至少承受的壓強是7×10⁷Pa．
（3）“蛟龍?zhí)枴睉腋�時，所受浮力和重力是平衡力，
重力G=mg+2m_鐵g=（22000kg+220kg+3×80kg）×10N/kg+2×10N/kg×m_鐵=224600N+2×10N/kg×m_鐵；
潛艇受到的浮力F_浮=ρgV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×8.2m×3m×3.4m=836400N；
小鐵塊受到的浮力F₁=2ρgV_鐵=2×1.0×10³kg/m³×10N/kg×V_鐵；
所以G=F_浮+F₁，
整理得：224600N+2×10N/kg×m_鐵=836400N+2×1.0×10³kg/m³×10N/kg×V_鐵；
224600N+2×10N/kg×ρ_鐵V_鐵=836400N+2×1.0×10³kg/m³×10N/kg×V_鐵；
代入數(shù)據(jù)得：V_鐵≈4.4m³．
答：小鐵塊的體積為4.4m³．
點評：本題以“蛟龍?zhí)枴睗撍�器潛水為背景考查了求：海水壓強、鐵塊的體積，判斷潛水器的運動狀態(tài)，考查的點較多，是一道難題．