Question

2．“蛟龙号”是我国首台自主研制的作业型深海载人潜水器，设计的最大下潜深度为7000m级，对我国开发利用深海资源具有重要意义．
（1）我国首台载人潜水器“蛟龙号”其体积为50m³，若“蛟龙号”下潜到7000m深度时它受到海水的浮力是5.15×10⁵N，受到海水的压强是7.21×10⁷Pa，此时，海水对“蛟龙号”面积为300cm²的观察窗产生的压力是2.163×10⁶N．（海水的密度取1.03×10³kg/m³，g=10N/kg）
（2）潜水器从海底匀速上升过程中（不考虑海水温度变化），所受海水的压强将变小，浮力不变，（以上两空选填“变大”、“变小”或“不变），由于存在海水的阻力，潜水器受到的浮力大于（填“大于”、“小于”或“等于”）其重力．

Answer 1

分析 （1）当“蛟龙号”载人潜水器下潜于海水中时，排开的水的体积等于它自身的体积，根据F_浮=ρ_水gV_排就可以计算出它受到的浮力；根据液体压强计算公式p=ρ_水gh计算出5000m深处产生的压强，再根据F=PS计算出载人舱表面承受的压力；
（2）①根据液体压强计算公式P=ρ_液gh可判断潜水器在海水中下潜时受到的压强的变化；②根据阿基米德原理分析潜水器所受浮力的变化；③潜水器在水中匀速上升时受重力、浮力、阻力三个力的作用．．

解答 解：
（1）载人潜水器的总体积为50m³，则潜水器浸没时受到的浮力：
F_浮=ρ_海水gV_排=1.03×10³kg/m³×10N/kg×50m³=5.15×10⁵N．
当“蛟龙号”载人潜水器下潜到7000m深处时，它受到海水的压强：
p=ρ_海水gh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×7000m=7.21×10⁷Pa；
由p=$\frac{F}{S}$可得观察窗表面承受海水的压力：
F=pS=7.21×10⁷Pa×300×10^-4m²=2.163×10⁶N；
（2）潜水器从海底匀速上升过程中，海水密度不变，深度减小，由p=ρ_液gh可知，潜水器所受海水的压强将变小．
由于潜水器排开水的体积和海水的密度都不变，根据F_浮=ρ_液gV_排可知，潜水器受到的浮力不变；
潜水器从海底匀速上升过程中，受到竖直向下的重力、竖直向下的阻力和竖直向上的浮力，由于匀速运动，所以G+f=F_浮，因此浮力大于其重力．
故答案为：（1）5.15×10⁵；7.21×10⁷；2.163×10⁶；（2）变小；不变；大于．

点评 （1）考查了学生对液体压强公式、阿基米德原理和物体浮沉条件的掌握和运用，知道潜水器自身体积不变（排开水的体积不变、受浮力不变）是本题的关键．
（2）熟练掌握压强和浮力的计算公式是解决计算部分的关键，数据计算过程中要认真仔细．