Question

1．我国最新核潜艇096型（如图）配备更为先进的“巨浪-3”型导弹，其射程超过10000公里，这意味着，即使是在中国近海发射，美国全境都将被纳入核打击范围，而且可搭载导弹数量多达24枚．悬浮在海水中的潜艇排开海水的质量为3×10⁶kg（g取10N/kg，海水的密度取1×10³kg/m³）．请完成下列分析与计算：
（1）潜艇上浮、下潜的原理是过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力，实现上浮或下沉的．
（2）画出悬浮在海水中潜艇的受力示意图（以点代替潜艇）．
（3）潜艇排开海水的体积是多少？
（4）潜艇所受浮力多大？
（5）潜艇所受重力多大？

Answer 1

分析 （1）潜水艇浸没在水中无论是上浮还是下沉，潜水艇的体积不变（排开水的体积不变），受浮力不变；
通过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力，实现上浮或下沉的；
（2）悬浮时重力等于浮力，画图表示；
（3）利用密度的变形公式求解排开海水的体积；
（4）根据阿基米德原理，潜水艇在水中的浮力等于排开液体所受的重力；
（5）根据悬浮条件G=F_浮可求得潜艇所受重力．

解答 解：（1）在水中，潜水艇受到水的浮力和重力的作用，潜水艇浸没在水中无论是上浮还是下沉，潜水艇的体积不变（排开水的体积不变），受浮力不变；通过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力，实现上浮或下沉的；所以潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身重力来实现的；
（2）悬浮时受到的重力等于浮力，如图：

（3）根据ρ=$\frac{m}{V}$得：潜艇排开海水的体积V_排=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{3×1{0}^{6}kg}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=3×10³m³；
（4）根据基米德原理可得：潜艇所受浮力F_浮=G_排=m_排g=3×10⁶kg×10N/kg=3×10⁷N；
（5）悬浮时浮力等于重力：F_浮=G=3×10⁷N；
故答案为：（1）过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力，实现上浮或下沉的；
（2）如上图；
（3）潜艇排开海水的体积是3×10³m³；
（4）潜艇所受浮力为3×10⁷N；
（5）潜艇所受重力为3×10⁷N．

点评 本题考查了浮沉条件、力的示意图、阿基米德原理以及密度公式的应用，考查的知识点较多，但难度不大．