Question

我国自主研发的“蛟龙号”载人潜水器（如图甲）多次下潜到7000m海底，深海潜水器是用增加和抛弃压载铁的办法来改变所受重力来实现浮沉。（g＝10N/kg）

（1）若“蛟龙号”到达7000m深的海底世界，海水对“蛟龙号”外壳的压强约为7×10⁷Pa，则潜水器的一个面积为300cm²观测孔受到海水的压力约为多大______？

（2）正在水中匀速直线下潜的“蛟龙号”潜水器的总质量为22t，在水中抛弃8000N的重物后潜水器以同样的速度匀速直线上浮，潜水艇的外壳及体积不发生改变，所受海水的阻力不变，请你估算潜水器的体积约为多大________？（海水的密度近似取1.0×10³kg/m³）。

（3）如图乙为某专业区内海水的密度σ（单位体积内含盐量）随海水垂直深度h变化的图线，海水密度的垂直分布主要是由盐度决定，其他因素的影响可忽略。装载着潜水器的轮船在作业区域，将潜水器用钢缆吊起浸没水中直至悬停在水中时，松开钢缆，潜水器刚好匀速下沉，则下沉过程中，潜水器速度最大位置为_____（选填“A”“B”“C”“D”），此位置潜水器受到的力是_____（选填“平衡力”“非平衡力”）。

Answer

2.1×106N 21.6 m3 C 平衡力

【解析】

（1）观察孔的面积S＝300cm2＝0.03m2，

由可得，海水对观测孔的压力约为：F＝pS＝7×107Pa×0.03m2＝2.1×106N。

（2）“蛟龙号”匀速下潜时，所受的阻力与浮力均不变，可得：

匀速下沉时：F浮+f＝G总；﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①

在水中抛弃8000N的重物后匀速上升时：F浮＝f+G总﹣G抛﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②

由①②可得：；

则潜水器的体积：；

（3）由图乙可知：由于潜水器的重力不变，松开钢缆时，潜水器若在AB段，由于AB段随着深度的增加海水密度减小，则浮力减小，所以向下的合力变大，潜水器向下作加速度变大的加速运动；当在BC段，海水的密度增大，浮力增大，向下的合力减小，潜水器作加速度减小的加速运动，到C点时，由于C点和A点海水的密度相同，合力为0，潜水器的速度达到最大值。在CD段，浮力继续增大，合力的方向向上，潜水器作减速运动。

答：（1）观测孔受到海水的压力约为2.1×106N；（2）潜水器的体积约为21.6 m3；（3）C；平衡力。