题目内容
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(1)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1.0×103kg/m3,g=10N/kg,下同)
(2)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?
(3)在需要紧急上浮时,潜水器可以抛掉随身携带的重物.试分析匀速下潜的“蛟龙号“潜水器抛掉重物后,潜水器在水中的运动情况.
分析:(1)由液体压强公式P=ρgh求压强,由F=PS求海水对观测孔的压力.
(3)对“蛟龙号”受力分析:“蛟龙号”匀速下潜时受到浮力和重力,二力平衡,大小相等.利用阿基米德原理和重力相等的条件可求出潜水器的体积.
(4)对“蛟龙号”受力分析:“蛟龙号”匀速下潜时受到浮力和重力,二力平衡,大小相等.抛掉随身携带的重物后,重力小于浮力,二力不再平衡,运动状态会发生改变.
(3)对“蛟龙号”受力分析:“蛟龙号”匀速下潜时受到浮力和重力,二力平衡,大小相等.利用阿基米德原理和重力相等的条件可求出潜水器的体积.
(4)对“蛟龙号”受力分析:“蛟龙号”匀速下潜时受到浮力和重力,二力平衡,大小相等.抛掉随身携带的重物后,重力小于浮力,二力不再平衡,运动状态会发生改变.
解答:解:(1)“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/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa.
观察孔的面积S=300cm2=0.03m2,
故海水对观测孔的压力约为F=PS=7×107Pa×0.03m2=2.1×106N.
(2)“蛟龙号”匀速下潜时,所受浮力和重力是平衡力,有F浮=G潜,即:ρ gV=m潜g,
解得潜水器的体积V=
=
=22m3.
(3)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)压强约为7×107Pa,对该观测孔的压力约为2.1×106N.
(2)潜水器的体积约为22m3.
(3)潜水器抛掉压载铁后先向下减速下降,当潜水器下潜到速度减为零后又加速上升.
海水对“蛟龙号”外壳的压强约为:
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa.
观察孔的面积S=300cm2=0.03m2,
故海水对观测孔的压力约为F=PS=7×107Pa×0.03m2=2.1×106N.
(2)“蛟龙号”匀速下潜时,所受浮力和重力是平衡力,有F浮=G潜,即:ρ gV=m潜g,
解得潜水器的体积V=
m潜 |
ρ |
22×103kg |
1×103kg/m3 |
(3)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)压强约为7×107Pa,对该观测孔的压力约为2.1×106N.
(2)潜水器的体积约为22m3.
(3)潜水器抛掉压载铁后先向下减速下降,当潜水器下潜到速度减为零后又加速上升.
点评:本题以“蛟龙号”潜水器潜水为背景考查了求: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,是一道难题.
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