题目内容

【题目】如图为一种自带动力设备的“钢铁侠”潜水服,质量为240kg,最大潜水深度为330m,推进器最大功率为5kW,可帮助潜水员在水中朝各个方向自由移动,一质量为60kg的潜水员穿着该潜水服进行水下作业,海水密度为1.0×103kg/m3 , g=10N/kg.求:

(1)水下300m处潜水服表面1cm2的面积上受到的海水压力多大?
(2)若推进器以最大功率工作1h,推进器做了多少功?
(3)潜水员悬浮在水中时,排开水的体积为0.25m3 , 推进器的推力多大?

【答案】
(1)解:水下300m处潜水服表面受到的海水压强:

p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×300m=3×106Pa,

由p= 可得,1cm2的面积上受到的海水压力:

F=pS=3×106Pa×1×104m2=300N


(2)解:由P= 可得,推进器做的功:

W=Pt=5×103W×3600s=1.8×107J


(3)解:潜水员受到的浮力:

F=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.25m3=2500N,

潜水员的总重力:

G=mg=(60kg+240kg)×10N/kg=3000N,

因潜水员悬浮在水中时处于平衡状态,且F<G,

所以,推进器推力的方向向上,

由三力平衡可得:F+F=G,

则推进器推力F=G﹣F=3000N﹣2500=500N


【解析】(1)根据p=ρgh求出水下300m处潜水服表面受到的海水压强,根据F=pS求出1cm2的面积上受到的海水压力;(2)根据W=Pt求出推进器以最大功率工作1h做的功;(3)根据阿基米德原理求出潜水员受到的浮力,根据G=mg求出重力,潜水员悬浮在水中时处于平衡状态,比较浮力和重力的大小判断推进器推力的方向,根据三力平衡求出推进器的推力.
【考点精析】通过灵活运用压强的大小及其计算和液体的压强的计算,掌握压强的计算公式及单位:公式:p =F/s ,p表示压强,F表示压力,S表示受力面积压力的单位是 N,面积的单位是 m2, 压强的单位是 N/m2,叫做帕斯卡,记作Pa .1Pa=1N/m2.(帕斯卡单位很小,一粒平放的西瓜子对水平面的压强大约为20Pa);液体内部压强的公式:p=ρgh ρ指密度,单位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,单位:m,压强单位(Pa) 注意:h 指液体的深度,即某点到液面的距离即可以解答此题.

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