Question

11．“蛟龙号”载人潜水器实现5000m级水深的突破，表明了中国有能力到达占全球面积70%的海洋深处进行探索．如图17所示，当“蛟龙号”载人潜水器从4000m匀速下潜到5000m深度时，用时33min20s．已知：此时潜水器的总质量22t，ρ_海水=1.0×10³ kg/m³，求：
（1）当“蛟龙号”载人潜水器从4000m匀速下潜到5000m深度时，平均速度是多少？
（2）“蛟龙号”载人潜水器潜在水下4500m处受到的浮力是多少？潜水器的体积是多少？
（3）“蛟龙号”载人潜水器是怎样实现下潜和上浮的？

Answer 1

分析 （1）求出潜水器下潜的深度，又知时间，利用速度公式求解平均速度；
（2）已知潜水器质量，可求的其重力，利用F_浮=ρ_液gV_排就能得到浮力；
（3）物体在液体中的浮沉，决定于物重和浮力的大小关系：物重大于浮力，下沉；物重等于浮力，悬浮；物重小于浮力，上浮．

解答 解：（1）潜水器下潜的距离s=5000m-4000m=1000m，
t=33min20s=2000s，
平均速度为v=$\frac{s}{t}$=$\frac{1000m}{2000s}$=0.5m/s；
（2）潜水器重力：G=mg=22×10³kg×10N/kg=2.2×10⁵N
潜水器悬浮，浮力：F_浮=G=2.2×10⁵N；
（3）潜水器浸没在水中时，排开水的体积一定，也就是所受浮力一定，要上浮或下潜，只能改变重力．所以，在潜水器内部有一个水舱，通过对它的水舱进行吸、排水来改变自身重，从而实现下潜、上浮和悬浮．
答：
（1）平均速度为0.5m/s；
（2）潜水器受到的浮力为2.2×10⁵N；
（3）“蛟龙号”通过对它的水舱进行吸、排水来改变自身重量，从而实现下潜、上浮和悬浮．

点评 本题综合考查学生对速度的计算及浮力计算的理解和掌握，为力学综合问题．只要熟练掌握液体压强计算公式p=ρ_液gh和浮力计算的基本公式F_浮=ρ_液gV_排就能够解决．