Question

空难事故发生的次数并不多，但由于飞机这一特殊的交通工具往往最受人们关注，而且一次事故所带来的影响也很大．空难发生后，“黑匣子”的寻找工作是人们关注的焦点．“7.13”空难后，专家们用声呐技术在失事海域进行探测，下面是几个关于“黑匣子”的物理问题，请根据所学知识解决．
（1）在寻找“黑匣子”的过程中，测量船在其上方海面向海底发射1500m/s的超声波，并测得超声波从发射到反射回海面经历时间为0.2s，则“黑匣子”所在海域的深度约为多少m？
（2）当潜水员找到“黑匣子”时，发现它已经陷入海底的淤泥中仅有一个面（12cm×20cm）露出海水中，则此时该面受到海水的压强约为多少？（设海水的密度为1.0×10³kg/m³）
（3）若“黑匣子”是长约30cm，宽约20cm，高约12cm的长方体，重力约100N．清除表面一些淤泥后，潜水员将其托在手中，此时他对“黑匣子”向上的托力应为多大？

Answer 1

已知：超声波的速度v=1500m/s，超声波从发射到反射回海面经历时间为t=0.2s，海水的密度为ρ=1.0×10³kg/m³，黑匣子重力G=100N，长a=30cm=0.3m，宽b=20cm=0.2m，高c=12cm=0.12m
求：（1）“黑匣子”所在海域的深度h=？；（2）该面受到海水的压强p=？；（3）他对“黑匣子”向上的托力F=？
解：（1）∵v=
∴超声波所走的路程s=vt=1500m×0.2s=300m，
“黑匣子”所在海域的深度：
h==×300m=150m；
（2）该面受到海水的压强：
P=ρgh=10³kg/m³×9.8N/kg×150m=1.47×10⁶Pa；
（3）黑匣子的体积：V=abc=0.3m×0.2m×0.12m=0.0072m³，
黑匣子受的浮力：F_浮=ρgV_排=10³kg/m³×9.8N/kg×0.0072m³=70.56N，
他对“黑匣子”向上的托力：F=G-F_浮=100N-70.56N=29.44N．
答：（1）“黑匣子”所在海域的深度约为150m；
（2）该面受到海水的压强约为1.47×10⁶Pa；
（3）他对“黑匣子”向上的托力应为29.44N．
分析：（1）回声是指声波遇到障碍物反射回来再度被听到的声音，所以回声所走的距离至少是声音处到障碍物的来回距离．
（2）根据公式p=ρgh求出受到海水的压强；
（3）首先根据公式F_浮=ρgV_排求出它受的浮力，用重力减去浮力即为手的托力．
点评：此题主要考查的是学生对速度、压强和浮力计算公式的理解和掌握，同时考查了学生对物体进行受力分析的能力，考查面较广，较为基础．