Question

12．我国自主研发的“蛟龙号”载人潜水器（如图甲）多次下潜到7000m海底，深海潜水器是用增加和抛弃压载铁的办法来改变所受重力来实现浮沉．

（1）若“蛟龙号”到达7000m深的海底世界，海水对“蛟龙号”外壳的压强约为7×10⁷Pa，则潜水器的一个面积为300cm²观测孔受到海水的压力约为多大？
（2）正在水中匀速直线下潜的“蛟龙号”潜水器的总质量为22t，在水中抛弃4000N的重物后潜水器以同样的速度匀速直线上浮，潜水艇的外壳及体积不发生改变，所受海水的阻力不变，请你估算潜水器的体积约为多大？（海水的密度近似取1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）．
（3）如图乙为某专业区内海水的密度σ（单位体积内含盐量）随海水垂直深度h变化的图线，海水密度的垂直分布主要是由盐度决定，其他因素的影响可忽略．装载着潜水器的轮船在作业区域，将潜水器用钢缆吊起浸没水中悬停在水中时，松开钢缆，潜水器刚好匀速下沉，则下沉过程中，潜水器速度最大位置为C（选填“A”“B”“C”“D”），此位置潜水器受到的力是平衡力（选填“平衡力”“非平衡力”）．

Answer 1

分析 （1）由F=pS求海水对观测孔的压力；
（2）对“蛟龙号”受力分析，由平衡条件及阿基米德原理求潜水器的体积；
（3）根据图象，对“蛟龙号”进行不同点的受力分析，据此解题．

解答 解：（1）观察孔的面积S=300cm²=0.03m²，
由p=$\frac{F}{S}$可得，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-G_抛，即：ρ gV=m_潜g-G_抛，
则潜水器的体积：V=$\frac{{m}_{潜}g-{G}_{抛}}{ρg}$=$\frac{22×1{0}^{3}kg×10N/kg-4000N}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=21.8 m³；
（3）由图可知，潜水器用钢缆吊起浸没水中悬停在水中时，松开钢缆，潜水器刚好匀速下沉，此时受到水的阻力而速度减小，C点时的海水的密度与A点相同，即又做匀速运动，此时速度最大，受到平衡力的作用．
答：（1）观测孔受到海水的压力约为2.1×10⁶N；
（2）潜水器的体积约为21.8 m³；
（3）C；平衡力．

点评 本题考查了压强与浮力的计算，关键是要进行受力分析．