Question

如图是我国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”载人潜水器．最大下潜深度为当今“世界之最”----7000米，工作范围可覆盖全球海洋区域的 99.8%（目前美国、法国、俄罗斯、日本拥有世界上 仅有的五艘6000米级深海载人潜水器）．2011年8月18日，完成5000米级海试回国，目前最大下潜深度达到5188米，我国载人深潜技术已步入世界先进行列，2012年夏天将挑战7000米．
（1）如果潜水器的一个观测孔的面积约为300cm²，当“蛟龙号”到达7000m深的海底世界时，此时海水对该观测孔的压力约为多大？（海水密度近似取ρ=1.0×l0³ kg/m³，g=10N/kg．下同）
（2）若正在水下匀速下潜的“蚊龙号”潜水器的总体积约为23m³，请你由此估算潜水器的总质量约为多少吨？
（3）在需要紧急上浮时，潜水器可以抛掉随身携带的压载铁．试分析匀速上浮的“蛟龙号”潜水器抛掉压载铁后的重力与浮力的大小关系，以及潜水器在水中的运动情况．

Answer

（1）已知海水的深度，由液体压强公式P=ρgh可以求出海水对“蛟龙号”外壳的压强；由公式F=PS可以求出海水对观测孔的压力；
（2）根据潜水器的总体积约为23m3，利用F浮=ρgV排可求得潜水器所受浮力；匀速直潜时，浮力与重力相等，然后即可得出其质量；
（3）对“蛟龙号”受力分析：“蛟龙号”匀速下潜时受到浮力和重力，二力平衡，大小相等．抛掉随身携带的重物后，重力小于浮力，二力不再平衡，运动状态会发生改变．
【解析】
（1）海水对“蛟龙号”外壳的压强：
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa，
海水对该观测孔的压力F=PS=7×107Pa×0.03m2=2.1×106N；
答：海水对该观测孔的压力是2.1×106N．
（2）已知潜水器的总体积约为23m3，则潜水器所受浮力F浮=ρgV排=1.0×l03 kg/m3×10N/kg×23m3=23×104N．
因为匀速下潜时，浮力与重力相等，则G=23×104N．
所以潜水器的总质量m===23×103kg=23t．
答：潜水器的总质量约为23吨．
（3）匀速下潜的“蛟龙号“抛掉压载铁后，潜水器所受重力的减小远大于浮力的减小，故潜水器所受浮力大于重力，潜水器所受合力方向竖直向上，潜水器所受合分不再为零；因潜水器所受合力方向向上，而潜水器抛掉压载铁前是匀速下潜，故潜水器抛掉压载铁后，先是减速下潜；当潜水器下潜到速度减为零后，就又会反向加速上升．
答：匀速上浮的“蛟龙号”抛掉压载铁后，潜水器的重力的减小远大于浮力的减小，所以此时潜水器的浮力大于重力，故潜水器会加速上浮．