问题 计算题

2012年6月我国自主研制的“蛟龙号”载人深潜器成功完成7000m深海探测,最大下潜深度7062米。如图甲所示,母船正在向海中投放“蛟龙号”,调控两根伸缩杆,使“∩”形架绕固定在甲板上的转轴转动至图甲所示位置时停止,然后由固定在“∩”形架顶部的绞车通过钢缆释放深潜器。处在图甲所示位置的“∩”形架可以简化为图乙中以O为支点的杠杆,OB表示“∩”形架,CD表示两根伸缩杆,O到CD的距离为2m,OD、OE的长度分别为3m、6m。深潜器的质量为25t,总体积为24.5m3。(不考虑“∩”形架、两根伸缩杆和绞车的重力,设海水的密度ρ海水=1.0×103kg/m3且不变)。

(1)“蛟龙号”所受重力是多少?

(2)“蛟龙号”达到最大下潜深度时,所受海水的压强是多少?

(3)在绞车匀速向下释放“蛟龙号”至刚浸没的过程中,钢缆BE起吊拉力的功率随时间变化的图象如图丙所示,图中P1=2P2。求t1时刻伸缩杆CD所受的拉力(不考虑水的阻力)。

答案

(1)“蛟龙号”所受重力是2.5×105N

(2)“蛟龙号”达到最大下潜深度时,所受海水的压强是7.062×107 Pa

(3)t1时刻伸缩杆CD所受的拉力为3×104N.

题目分析::(1)由G=mg得

G=2.5×104kg×10N/kg=2.5×105N

(2)由p=ρgh

p=1.0×103kg/m3×10N/kg×7062m=7.062×107 Pa

(3)由图象可知,t2时刻,深潜器完全浸没在水中,此时钢缆BE所受拉力:

FBE=G-F=G-ρ水gV=2.5×105N-1.0×103kg/m3×10N/kg×24.5m3=0.5×104N

因为P1=2P2,且绞车匀速向下释放深潜器

所以t1时刻钢缆BE 所受拉力:FBE′="2" FBE=1×104 N

根据杠杆平衡条件可知,t1时刻伸缩杆CD所受的拉力:

答:(1)“蛟龙号”所受重力是2.5×105N

(2)“蛟龙号”达到最大下潜深度时,所受海水的压强是7.062×107 Pa

(3)t1时刻伸缩杆CD所受的拉力为3×104N.

点评:本题考查了学生对重力公式、阿基米德原理、杠杆平衡条件的掌握和运用,本题难点在第三问,确定两个力的力臂大小、利用好杠杆平衡条件是关键.

单项选择题
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