Question

我國(guó)自主研制的首個(gè)6 000 m水下無(wú)人無(wú)纜潛器“潛龍一號(hào)”成功實(shí)現(xiàn)在東太平洋5000多米水深持續(xù)工作近10小時(shí)的試驗(yàn)性應(yīng)用，最大下潛深度為5 080 m，創(chuàng)下了我國(guó)自主研制水下無(wú)人無(wú)纜器深海作業(yè)的新紀(jì)錄。（海水密度近似取1.0×10³ kg/m³，g＝10 N/kg，不考慮大氣壓的影響）

（1）海面的水的密度接近于水的密度，但水下3 000 m時(shí)密度會(huì)變大，即相同質(zhì)量的水被壓縮的體積更小，這說(shuō)明　　 ，當(dāng)“潛龍一號(hào)”持續(xù)下潛時(shí)，受到的浮力將不斷　　 ，需要克服的一個(gè)困難是　　 。（答案合理即可）

（2）當(dāng)“潛龍一號(hào)”浸沒(méi)在海水中，排開(kāi)海水的體積為22 m³時(shí)，受到海水的浮力是多大？

（3）在5 000 m深度，海水對(duì)“潛龍一號(hào)”的一個(gè)面積約為2.0×10^-2 m²的器壁板的壓力是多大？

（4）如果“潛龍一號(hào)”下潛到5 000 m的深海用時(shí)2.5 h，則“潛龍一號(hào)”下潛時(shí)的平均速度是多少？

Answer 1

以“潛龍一號(hào)”為背景主要考查液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)與計(jì)算、壓力及重力與壓力的區(qū)別、變速運(yùn)動(dòng)與平均速度等知識(shí)。第（1）題，①在液體密度一定時(shí)，深度越大，壓強(qiáng)越大。相對(duì)海平面，水下3 000 m處相同質(zhì)量的水被壓縮的體積更小，說(shuō)明液體深度越大，壓強(qiáng)越大。②潛水器在海水中下潛時(shí)，海水密度變大，排開(kāi)水的體積不變，所以受到海水的浮力變大。③液體深度越大，壓強(qiáng)越大，溫度會(huì)越來(lái)越低，所以壓強(qiáng)大、溫度低會(huì)帶來(lái)困難。第（2）題可據(jù)阿基米德原理公式F_浮＝ρ_液gV_排求出海水對(duì)“潛龍一號(hào)”的浮力。第（3）題要求海水對(duì)器壁板的壓力，受力面積已知，可先據(jù)p＝ρgh求出海水的壓強(qiáng)，再據(jù)F＝pS求出壓力。第（4）題可據(jù)平均速度計(jì)算公式求出。

解答：（1）液體深度越大，壓強(qiáng)越大  增大  壓強(qiáng)或低溫

（2）解：據(jù)阿基米德定律知，“潛龍一號(hào)”受到的浮力

F_浮＝ρ_海水gV_排＝1.0×10³ kg/m³×10 N/kg×22 m³＝2.2×10⁴ N

答：“潛龍一號(hào)”受到海水的浮力為2.2×10⁴ N。                             

（3）解：據(jù)液體壓強(qiáng)計(jì)算公式知，器壁板受到的壓強(qiáng)

p＝ρ_海水gh＝1.0×10³ kg/m³×10 N/kg×5 000 m＝5×10⁷ Pa             

由p＝變形得，器壁板受到的壓力

F＝pS＝5×10⁷ Pa×2.0×10^-2 m²＝1.0×10⁶ N

答：這一器壁板此時(shí)受到的壓力為1.0×10⁶ N。                             

（4）解：由題意知，“潛龍一號(hào)”下潛的距離s＝5 000 m＝5 km，所用時(shí)間t＝2.5 h

所以“潛龍一號(hào)”下潛的平均速度＝＝＝2 km/h

答：這段時(shí)間“潛龍一號(hào)”下潛的平均速度為2 km/h。