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(2011?绵阳)如图是我国第一台自行设计、自主集成一研制的“蛟龙号”载人潜水器.2010年8月26日,“蛟龙号”已完成下潜深度3759m的深海潜试,这标志着中国已成为世界上第五个掌握3500m以上大深度载人深潜技术的国家.据悉,“蛟龙号”的技术改进及5000-7000m深海潜试课题实施方案已通过专家论证,不久,“蛟龙号”将挑战目前世界载人深潜新纪录.
①已知“蛟龙号”下潜到3759m的海底用时约102分钟,求“蛟龙号”下潜时的平均速度约为多少米/分钟?(保留到整数)
②若“蛟龙号”到达7000m深的海底世界时,海水对“蛟龙号”外壳的压强约为多大?如果潜水器的一个观测孔的面积约为300cm2,则海水对该观测孔的压力约为多大?(海水密度近似取ρ=1.0×103kg/m3,g=10N/kg,下同)
③若正在水下匀速下潜的“蛟龙号”潜水器的总质量为22吨,请你由此估算潜水器的体积约为多大?
④在需要紧急上浮时,潜水器可以抛掉随身携带的压载铁.试分析匀速下潜的“蛟龙号”潜水器抛掉压载铁后在水中的运动情况.
分析:(1)已知“蛟龙号”下潜的路程s,下潜时间t,由平均速度公式可求出平均速度.
(2)由液体压强公式P=ρgh求压强,由F=PS求海水对观察孔的压力.
(3)对“蛟龙号”受力分析,由平衡条件求潜水器的体积.
(4)对“蛟龙号”受力分析,根据“蛟龙号”的受力情况分析“蛟龙号”的运动情况.
解答:解:(1)“蛟龙号”做S=3759m下潜,所用时间t=102min,平均速度约为
.
v
=
S
t
=
3759m
102min
≈37 m/min.
(2)“蛟龙号”到达h=7000m深的海底时,海水密度ρ=1.0×103kg/m3,海水对“蛟龙号”外壳的压强约为
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10 N/kg×7000 m=7×107Pa.观察孔的面积S面积=300cm2=0.03m2
故海水对观测孔的压力约为F=PS面积=7×107Pa×0.03m2=2.1×106N.
(3)“蛟龙号”匀速下潜时,所受浮力和重力是平衡力,有F=G,即:ρ gV=mg,
解得潜水器的体积V=
m
ρ
=
22×103kg
1×103kg/m3
=22m3
(4)匀速下潜的“蛟龙号“抛掉压载铁后,潜水器所受重力的减小远大于浮力的减小,故潜水器所受浮力大于重力,潜水器所受合力方向竖直向上,潜水器所受合分不再为零;因潜水器所受合力方向向上,而潜水器抛掉压载铁前是匀速下潜,故潜水器抛掉压载铁后,先是减速下潜;当潜水器下潜到速度减为零后,就又会反向加速上升.
答:(1)平均速度是37 m/min.(2)压强约为7×107Pa,对该观测孔的压力约为2.1×106N.
(3)潜水器的体积约为22m3.(4)潜水器抛掉压载铁后先向下减速下降,然后加速上升.
点评:本题以“蛟龙号”潜水器潜水为背景考查了求:平均速度、海水压强、海水对观察孔的压力、潜水器的体积,判断潜水器的运动状态,考查的点较多,是一道中档题.
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