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(2012?烟台)在实现登月“访吴刚、会嫦娥”千年夙愿的同时,我们一直在追寻着下海“闯龙宫、见龙王”的梦想.2011年7月,我国首台自主设计、自主集成的载人潜水器“蛟龙”号(如图所示,其主要技术参数如下表),在经过布放、下潜、上浮、回收等一系列操作后,顺利完成5000m级海试任务.2012年6月3日赴马里亚纳海沟向7000m级发起冲击,“上九天揽月、下五洋捉鳖”成为现实.
规格:长8.2m  宽3.0m  高3.4m
空重:22t(不含乘员体重及压载铁重)
最大载荷:220kg(不包括乘员体重)
最大速度:25节(巡航1节)
目前最大下潜深度:7000m
乘员:3人(每名乘员的体重不超过80kg)(1)运用你学过的知识说明,潜水器“下五洋”最大的困难是什么?
(2)根据表中提供的信息,计算说明设计制造时,“蛟龙”号至少承受的压强是多大?
(3)“蛟龙”号采用“深潜器无动力下潜上浮技术”,其两侧配备4块相同的压载块,当其到达设定深度时,可抛卸其中2块压载块,使其处于悬浮状态,从而实现各种实验作业.粗略计算小铁块的体积为多大时,才能使“蛟龙”号最大负载时实现悬浮静止状态?(海水的密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg,铁的密度是7.9×103kg/m3,计算结果保留1位小数)
分析:(1)根据公式P=ρgh可知,液体的压强随深度的增加而增大.
(2)已知最大下潜深度,由液体压强公式P=ρgh求产生的压强.
(3)对“蛟龙号”受力分析,由平衡条件求铁块的体积.
解答:解:(1)潜水器“下五洋”最大的困难是克服深海水产生的巨大压强;
(2)“蛟龙号”到达h=7000m深的海底时,海水密度ρ=1.0×103kg/m3,海水对“蛟龙号”外壳的压强约为
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa.
答:“蛟龙”号至少承受的压强是7×107Pa.
(3)“蛟龙号”悬浮时,所受浮力和重力是平衡力,
重力G=mg+2m铁g=(22000kg+220kg+3×80kg)×10N/kg+2×10N/kg×m铁=224600N+2×10N/kg×m铁;
潜艇受到的浮力F浮=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×8.2m×3m×3.4m=836400N;
小铁块受到的浮力F1=2ρgV铁=2×1.0×103kg/m3×10N/kg×V铁;
所以G=F浮+F1,
整理得:224600N+2×10N/kg×m铁=836400N+2×1.0×103kg/m3×10N/kg×V铁;
224600N+2×10N/kg×ρ铁V铁=836400N+2×1.0×103kg/m3×10N/kg×V铁;
代入数据得:V铁≈4.4m3.
答:小铁块的体积为4.4m3.
点评:本题以“蛟龙号”潜水器潜水为背景考查了求:海水压强、铁块的体积,判断潜水器的运动状态,考查的点较多,是一道难题.
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