Question

17．如图是蓝鳍金枪鱼-21型自主式水下航行器的示意图．它是一种专业水下搜寻设备，在搜寻马航失联客机MH370的过程中发挥了较大的作用，航行器质量约为750kg，体积约为1m³，可潜入水下4500m深处，在配置声呐系统后能以较高的分辨率搜寻水下物体．（海水密度ρ_海水=1.03×10³kg/m³，g=10N/kg）请回答下列问题：
（1）航行器从水面下1000m下潜至水下3000m深处过程中，所受海水的压强变大，所受的浮力不变；（选填“变大”、“变小”或“不变”）
（2）航行器参与搜寻水下物体的过程中，利用声呐搜寻物体，下列说法错误的是C
A．失联前，马航MH730是通过电磁波与地面进行联系的
B．飞机在空中水平匀速飞行时，受到平衡力的作用
C．声呐使用超声波工作，超声波在水中的传播速度是340m/s
D．蓝鳍金枪鱼在海水中水平航行时，处于悬浮状态，浮力等于重力
（3）航行器下潜至水下3000m深处时，所受海水的压强和浮力分别是多少？
（4）航行器停留在水下3000m深处作业时，若遇故障发动机关闭，试分析判断航行器的浮沉情况．
（5）完成水下3000m作业后返航，在它上浮2000m的过程中，海水浮力对航行器所做的功是多少？

Answer 1

分析 （1）潜水器在下潜的过程中，所处深度变大，排开水的体积不变，由液体压强公式和阿基米德原理分析所受压强和浮力变化情况．
（2）雷达、无线电通信、移动通信等都是利用电磁波传递信息的，飞行中飞机与地面取得联系是利用电磁波传递信息的；
物体处于平衡状态，所受的力是平衡力；
一般情况下，声音在液体中的传播速度大于在气体中的传播速度；
当物体处于悬浮状态时，此时的浮力等于自身的重力．
（3）根据压强公式p=ρgh求航行器下潜至3000m深度时受到海水的压强．根据公式F_浮=ρgV_排求浮力．
（4）已知质量，由G=mg可以求出受到的重力，然后根据物体的浮沉条件判断．
（5）根据W=Fs求浮力对航行器所做的功．

解答 解：（1）潜水器在下潜的过程中：因为F_浮=ρ_水gv_排，排开水的体积v_排不变，
故潜水器受到的浮力不变；
据p=ρgh，所处深度h变大，
故潜水器受到水的压强变大；
（2）A、失联前，马航MH370是通过电磁波与地面进行联系的，所以A正确；
B、飞机在空中水平匀速飞行时，处于平衡状态，所以所受的力是平衡力，故B正确；
C、声音在空气中的传播速度是340m/s，故声呐使用超声波工作，超声波在水中的传播速度大于340m/s，故C错误；
D、蓝鳍金枪鱼在海水中水平航行时，处于悬浮状态，浮力等于重力，故D正确；
故选C；
（3）当“蓝鳍金枪鱼”下潜至3000m深度时，其壳体受到海水的压强为
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×3000m=3.09×10⁷Pa；
浮力F_浮=ρgV_排=1.03×10³kg/m³×10N/kg×1m³=1.03×10⁴N；
（2）“蓝鳍金枪鱼”所受重力是G=mg=750kg×10N/kg=7500N；
因为F_浮＞G，
所以航行器在海水中将上浮．
（3）已知s=h=2000m，则W=F_浮s=1.03×10⁴N×2000m=2.06×10⁷J．
故答案为：（1）变大；不变；（2）C；（3）航行器下潜至水下3000m深处时，所受海水的压强为3.09×10⁷Pa，浮力为1.03×10⁴N；
（4）若遇故障发动机关闭，航行器将上浮．（5）海水浮力对航行器所做的功是2.06×10⁷J．

点评 本题重点考查了浮力、压强和功的计算，认真计算即可正确解题，解题时，有时要注意单位换算．