Question

【題目】2014年4月14日，為尋找失聯(lián)的MH370航班，啟用了“藍(lán)鰭金槍魚(yú)”（簡(jiǎn)稱“金槍魚(yú)”）自主水下航行器進(jìn)行深海搜尋．其外形與潛艇相似（如圖甲所示），相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為：體積1m3、質(zhì)量750kg，最大潛水深度4500m，最大航速7.4km/h（不考慮海水密度變化，海水的密度ρ取1.0×103kg/m3）．

（1）假設(shè)“金槍魚(yú)”上有面積為20cm2的探測(cè)窗口，當(dāng)它在海水中3000m深處時(shí)該探測(cè)窗口承受海水的壓力是多少？

（2）為了完成搜尋任務(wù)，求“金槍魚(yú)”艙內(nèi)加水后恰能懸浮在海水中時(shí)所受的浮力為多大？

（3）“金槍魚(yú)”搜尋任務(wù)完成后，變?yōu)樽灾貢r(shí)恰能靜止漂浮在海面上，求此時(shí)露出海面體積為多大？

（4）若上述漂浮在海面的“金槍魚(yú)”，由起重裝置將其勻速豎直吊離海面．起重裝置拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，圖中P3=3P1．求t1時(shí)刻“金槍魚(yú)”的浮力（不考慮水的阻力）．

Answer 1

【答案】（1）探測(cè)窗口承受海水的壓力是6×104N；

（2）“金槍魚(yú)”艙內(nèi)加水后恰能懸浮在海水中時(shí)所受的浮力為7500N；

（3）“金槍魚(yú)”露出海面的體積為0.25m3；

（4）t1時(shí)刻起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”拉力2500N

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)p=ρgh求出壓強(qiáng)，再根據(jù)p=求出探測(cè)窗口承受海水的壓力；

（2）懸浮時(shí)，浮力等于自身的重力；

（3）漂浮時(shí)，浮力等于重力，根據(jù)F浮=ρgV排求出排開(kāi)水的體積，再求出露出海面的體積；

（4）由圖象可知，在t3時(shí)刻“金槍魚(yú)”離開(kāi)水面，此時(shí)起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”的拉力等于“金槍魚(yú)”的重力；

根據(jù)P===Fv分析出t1時(shí)刻起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”拉力．

解：（1）當(dāng)它下潛至3000m深度處受到海水的壓強(qiáng)：

p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×3000m=3×107Pa；

由p=得探測(cè)窗口承受海水的壓力：

F=pS=3×107Pa×2×10﹣3m2=6×104N；

（2）為了完成搜尋任務(wù)，求“金槍魚(yú)”艙內(nèi)加水后恰能懸浮在海水中時(shí)所受的浮力等于自身的重力是，即“金槍魚(yú)”搜尋任務(wù)完成后，靜止漂浮在海面上，所以有F浮=G=mg=750kg×10N/kg=7500N；

（3）由F浮=ρ水gV排得排開(kāi)水的體積：

V排===0.75m3，

露出海面體積為：V露=V﹣V排=1m3﹣0.75m3=0.25m3；

（4）由圖象分析知，在t3 時(shí)刻“金槍魚(yú)”離開(kāi)水面，此時(shí)起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”的拉力等于“金槍魚(yú)”的重力，即F3=G=7500N；

由于起重裝置吊起“金槍魚(yú)”是勻速豎直離海面，所以速度保持不變即v1=v3，由P===Fv得：

P1=F1v1，P3=F3v3，又P3=3P1，所以有F3=3F1，

所以F1=F3=×7500N=2500N．

答：（1）探測(cè)窗口承受海水的壓力是6×104N；

（2）“金槍魚(yú)”艙內(nèi)加水后恰能懸浮在海水中時(shí)所受的浮力為7500N；

（3）“金槍魚(yú)”露出海面的體積為0.25m3；

（4）t1時(shí)刻起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”拉力2500N．