Question

17．2015年1月我国自行设计的“蛟龙号”载人潜水器（如图甲） 对印度洋进行深海探矿、海底高精度地形测量．“蛟龙号”的外壳选择了钛合金板作主材，其主要技术参数如表．蛟龙号挂有适当数量的压载铁，可通过改变压载铁的数量，来控制其下沉或上浮．并采用科学家们研发的具有世界先进水平的高速水声通信技术，即声纳通信．

自身体积/m3	50.46	最大速度/节	25
自身质量/kg	2.2×104	最大载荷（不包括乘员体重）/kg	220
最大下潜深度/m	7000	乘员人数（每人体重不超过80kg）	3

“蛟龙号”的电源是由多节充油银锌蓄电池串联而成．这种电源的“比能量”约为14kw•h/kg，“比能量”是指电池单位质量所输出的电能．每节这种蓄电池的放电电压随时间的变化规律如图乙，可以用70A的电流连续放电13h．
（1）在深海工作区内，“蛟龙号”与海面上工作人员联系时采用了超声波传递信息．
（2）“蛟龙号”的外壳选择钛合金板，这主要是因为这种材料具有较大硬度．
（3）加速下沉的“蛟龙号”，若在经过某一密度均匀的海水区域时，迅速抛掉部分压载铁，使其所受浮力等于重力，不计水的阻力，则其将C
A．继续加速下沉      B．减速下沉      C．匀速下沉      D．立即静止
（4）“蛟龙号”采用“深潜器无动力下潜上浮技术”，它是靠改变自身重力来实现浮沉．当它悬停在工作区时，“蛟龙号”自身所受的浮力为5.046×10⁵N．（设海水的密度ρ_水=1×10³kg/m³，g取10N/kg）
（5）“蛟龙号”工作时，需要的总能量约为112kW•h．则其电源的质量约为8kg，为了对“蛟龙号”正常供电，串联的蓄电池不得少于77节．
（6）“蛟龙号”完成任务，乘员取出载荷上岸后，“蛟龙号”漂浮在海面上，由起重装置将其匀速竖直吊离水面，起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如图丙所示，图丙中P₂=2P₁．t₁时刻“蛟龙号”的排水体积11m³ （不考虑水的阻力，g取10N/kg）．

Answer 1

分析 （1）在海水中常用超声波传递信息；
（2）液体压强随深度的增加而增大，钛合金硬度大才能承受巨大的水压；
（3）不计水的阻力，所受浮力等于重力，受的是平衡力，物体将做匀速运动；
（4）“蛟龙号”是靠改变自身重力来实现浮沉的，利用阿基米德原理可计算其所受浮力的大小．
（5）根据蓄电池的比能量求出蓄电池的质量；根据W=UIt一节蓄电池的电能，再求出蓄电池的节数；
（6）设在t₁、t₂时刻起重装置对探测器的拉力分别为F₁、F₂，探测器的速度为v，在t₁、t₂时刻，对探测器进行受力分析，得出F₁和F₂的大小，而P₂=2P₁，据此求出t₁时刻受到的浮力，再根据阿基米德原理求t₁时刻“蛟龙号”的排水体积．

解答 解：
（1）“蛟龙号”深海潜水器在海水里与海面上的母船传递声音、图象、文字等信息，是利用水声通信系统发出的超声波；
（2）液体压强随深度的增加而增大，要克服深海海水产生的巨大压强，所选的材料必须有很强的硬度，而钛合金板就属于硬度大，稳定性强的材料；
（3）抛掉部分压载铁，使其所受浮力等于重力，不计水的阻力，受的是平衡力，它将保持原状态做匀速下沉运动；故选C；
（4）“蛟龙号”采用“深潜器无动力下潜上浮技术”，它是靠改变自身重力来实现浮沉．
当它悬停在工作区时，“蛟龙号”自身所受的浮力为：
F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×50.46m³=5.046×10⁵N；
（5）电源的质量m=$\frac{112kW•h}{14kW•h/kg}$=8kg；
一节蓄电池的能量：W₁=UIt=1.6V×70A×13×3600s=5.25×10⁶J，
蓄电池的节数=$\frac{W}{{W}_{1}}$=$\frac{112×3.6×1{0}^{6}J}{5.25×1{0}^{6}J}$≈77（节）
（6）设在t₁、t₂时刻起重装置对探测器的拉力分别为F₁、F₂，探测器的速度为v，
t₁时刻，探测器：F₁+F_浮=mg，可得F₁=mg-F_浮，
t₂时刻，探测器：F₂=mg，
由题知，P₂=2P₁，
即：F₂v=2F₁v，
则F₂=2F₁，
所以mg=2（mg-F_浮）
F_浮=$\frac{1}{2}$mg=$\frac{1}{2}$×22×10³kg×10N/kg=1.1×10⁵N，
因为F_浮=ρ_水V_排g，
所以V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.1×1{0}^{5}N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=11m³．
故答案为：（1）超声波；（2）硬度；（3）C；（4）自身重力；5.046×10⁵；（5）8；77；（6）11．

点评 此题考查物质的基本属性和潜水器的工作原理，以及影响浮力的因素，准确判断影响浮力因素的变化是本题的关键．难点在最后一问，对两个时刻的探测器进行受力分析得出两个时刻的拉力大小是本题的关键．考查的点较多，是一道难题．