Question

4．MH370航班失联至今，打捞、定位沉在4500m海底的飞机黑匣子已成当务之急，我国蛟龙号深潜器将大有作为．下面是蛟龙号某次海试活动的有关信息：深潜器5：29开始下潜，8：29到达7020m深度．当深潜器下潜到500m深度时，冷凝水已布满了舱室的舱壁．蛟龙号深潜器配有压载铁，当它潜到海洋深处时，通过抛掉一定数量的压载铁，实现潜水器的悬浮或上浮．海面海水密度为1.022×10³kg/m³，7000m深海处海水密度为1.059×10³kg/m³；
（1）深潜器通过改变自身重力实现下沉和上浮的；下潜到500m深度时，舱室内产生了大量的冷凝水，这些冷凝水时通过压缩体积的方法液化的．深潜器抛掉2600N的压载铁，以和下沉同样的速度匀速上升，则深潜器此时受的海水阻力是1300N（设浮力不变，所受阻力仅与速度的大小有关）．
（2）按照 此次测试的平均速度，打捞黑匣子时深潜器从海面到达黑匣子所在的海底最少需要多少秒？
（3）源深潜器在7000m深度的浮力比刚浸没在海水中的浮力大7980N，则深潜器的体积是多少立方米（设深潜器的体积不变，g取10N/kg）？

Answer 1

分析 （1）物体的浮沉取决于重力和浮力的关系，根据实际分析浮沉的原因；
液化的方法：压缩体积和降低温度，分析潜水器下潜过程中的变化量可得结论；
对潜水器进行受力分析，由平衡条件求出潜水器受到的阻力．
（2）计算出平均速度，根据变形公式求出时间；
（3）根据潜水器的体积不变，结合浮力的变化及阿基米德原理计算出物体的体积大小．

解答 解：（1）潜水器潜到海洋深处时，通过抛掉一定数量的压载铁，实现潜水器的悬浮或上浮，说明是通过改变自身重力实现下沉和上浮的；
根据p=ρ_液gh，液体内部压强随深度的增加而增大，下潜到500m深度时，舱室内产生了大量的冷凝水，这些冷凝水时通过压缩体积的方法液化的；
潜水器在同一区域所受浮力F_浮相同，速度相同，所受阻力大小相同，
潜水器匀速下潜时：G=f+F_浮，匀速上浮时：G′+f=F_浮，G-G′=2600N，解得，f=1300N；
（2）潜水器下潜到达7020m深度所用的时间：t=8：29-5：29=3h；
速度v=$\frac{s}{t}$=$\frac{7020m}{3×3600s}$=0.65m/s；
由v=$\frac{s}{t}$得，深潜器从海面到达黑匣子所在的海底所用时间t′=$\frac{s′}{v}$=$\frac{4500m}{0.65m/s}$=6923s；
（3）根据F_浮=ρ_液gV_排，则：ρ_海水′gV_排-ρ_海水gV_排=F_浮′-F_浮
则V_排=$\frac{{F}_{浮}′-{F}_{浮}}{{（ρ}_{海水}′-{ρ}_{海水}）g}$=$\frac{7980N}{（1.059×1{0}^{3}kg/{m}^{3}-1.022×1{0}^{3}kg/{m}^{3}）×10N/kg}$=21.57m³．
故答案为：（1）自身重力；压缩体积；1300；（2）打捞黑匣子时深潜器从海面到达黑匣子所在的海底最少需要6923s；（3）深潜器的体积是21.57m³．

点评 本题考查了求平均速度、物态变化、潜水器体积、求阻力等问题，应用平均速度公式、浮力公式、平衡条件、知道物态变化的概念即可正确解题．