Question

2010年8月，我国自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”深海载人潜水器（如图19）3000m级海试取得成功，最大下潜深度达到3759m．这标志着我国成为继美、法、俄、日之后的第五个掌握3500m以上大深度载人深潜技术的国家．同年11月，“蛟龙号”载人潜水器技术改进及5000～7000m海试课题实施方案在无锡通过专家认证．“蛟龙号”载人潜水器的总体积约为84m³．
请你解答下列问题：（ρ_海水=1.03×10³kg/m³，g取10N/kg）
（1）“蛟龙号”潜水器在上浮或下潜的过程中，体积几乎不发生改变．当它浸没在海水中继续下潜时，它受到的压强将______，受到的浮力将______（选填“不断变大”、“不断变小”或“保持不变”）．据此可以猜想：“蛟龙号”潜水器主要是通过______来实现上浮或下潜的．
（2）当“蛟龙号”载人潜水器下潜到3000m深处时，载人舱表面0.2m²的面积上将承受海水多大的压力？
（3）当“蛟龙号”载人潜水器悬浮于海水中时，它所受到的浮力是多大？此时它的总质量是多少？

Answer

（1）①液体的压强与深度有关，深度越大，压强越大；
②“蛟龙”号深海载人潜水器全部潜入海中下潜过程中，排开的水的体积不变，根据阿基米德原理判断受到的浮力大小变化；
③潜水器浸没在水中无论是上浮还是下沉，潜水器的体积不变（排开水的体积不变），受浮力不变；通过让海水进、出压力舱改变潜水器受到的重力，实现上浮或下沉的．
（2）根据液体压强计算公式P=ρ水gh计算出3000m深处产生的压强，再根据F=PS计算出载人舱表面承受的压力；
（3）当“蛟龙号”载人潜水器悬浮于海水中时，排开的水的体积等于它自身的体积，根据F浮=ρ水gV排就可以计算出它受到的浮力；由于悬浮，浮力等于重力，据此计算出质量．
【解析】
（1）①“蛟龙”号深海载人潜水器下潜的过程中，排开水的体积V排不变，
∵F浮=ρ海水gV排，水的密度ρ水不变，
∴受到的浮力不变；
∵P=ρ海水gh，潜水器所处深度h增大，
∴受到的压强变大．
②把压缩空气压入潜水器的压力舱，将海水排出，潜水器自重G减小，当F浮＞G时，潜水器上浮；
打开压力舱的阀门，让海水进入压力舱内，潜水器自重G增大，当F浮＜G时，潜水器下沉；
当F浮=G时，潜水器悬浮，可以停留在任何深度；
由此可见，潜水器能够上浮和下沉是通过改变自重来实现的．
（2）当“蛟龙号”载人潜水器下潜到3000m深处时，海水产生的压强：
P=ρ水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×3000m=3.09×107Pa；
∵P=
∴载人舱表面0.2m2的面积上将承受海水多大的压力：
F=PS=3.09×107Pa×0.2m2=6.18×106N；
（3）“蛟龙号”载人潜水器的总体积约为84m3，潜水器悬浮于海水中时，它所受到的浮力是：
F浮=ρ海水gV排=1.03×103kg/m3×10N/kg×84m3=8.652×105N，
因为悬浮，所以潜水器的总重力等于浮力，即G=F浮=8.652×105N，
∵G=mg，
∴潜水器的总质量：
m===8.652×104kg
故答案为：（1）不断变大；保持不变；改变自身重力；
（2）当“蛟龙号”载人潜水器下潜到3000m深处时，载人舱表面0.2m2的面积上将承受压力为6.18×106N；
（3）当“蛟龙号”载人潜水器悬浮于海水中时，它所受到的浮力是8.652×105N；此时它的总质量是8.652×104kg．