2012年中考物理中的“蛟龙号”问题试卷及答案

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“蛟龙号”载人潜水器是我国首台自主设计、自主集成的深海载人潜水器。“蛟龙”号首次下潜5000m级海底顺利完成试验任务后，又顺利完成马里亚纳海沟挑战7000m深海的探测任务。这就意味着“蛟龙”号可以到达深海海底，通过摄像、照相对海底资源进行勘查、执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测等，完成多种复杂任务。标志着我国深海探测技术日趋成熟。2012年的中考物理试题中，有很多以“蛟龙号”为命题载体的试题。请看下述有关“蛟龙号”的试题。

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例题1 （2012南京）如图1所示为国首台自主设计的“蛟龙号”载人潜水器，总质量约为22t，2012年6月，“蛟龙号”挑战7000m深度，下潜过程中它受到海水的压强将　　（选填“变大”、“变小”或“不变”），当它悬浮在深海某处时，受到的浮力约为　　N．（g取10N/kg）

解析：“蛟龙号”潜水器在下潜的过程中，所处深度变大，由液体压强公式P =ρgh可知，当h变大时，P变大，所以下潜过程中它受到海水的压强将变大。

物体悬浮在液体中时，受到的浮力等于物体的重力．当“蛟龙号”悬浮在深海某处时，受到的浮力= G= mg =22×103kg×10N/kg = 2.2×105N。

例题2（2012烟台）在实现登月“访吴刚、会嫦娥”千年夙愿的同时，我们也一直在追寻着下海“闯龙宫、见龙王”的梦想。2011年7月，我国首台自主设计、自主集成的载人潜水器“蛟龙”号（如图2所示，其主要技术参数如下表），在经过布放、下潜、上浮、回收等一系列操作后，顺利完成5000m级海试任务。2012年6月3日赴马里亚纳海沟向7000m级发起冲击，“上九天揽月、下五洋捉鳖”成为现实。

⑴运用你学过的知识说明，潜水器“下五洋”最大的困难是什么？

⑵根据表中提供的信息，计算说明设计制造时，“蛟龙”号至少承受的压强是多大？

⑶“蛟龙”号采用“深潜器无动力下潜上浮技术”，其两侧配备4块相同的压载铁，当其到达设定深度时，可抛卸其中2块压载铁，使其处于悬浮状态，从而实现各种实验作业。粗略计算小铁块的体积为多大时，才能使“蛟龙”号最大负载时实现悬浮静止状态？（海水的密度取1.0×103kg/m3 ，g取10N/kg，铁的密度是7.9×103kg/m3，计算结果保留1位小数）

解析：（1）因为潜水器要到深海处，而深海处的海水压强非常巨大，所以潜水器的外壳必须能够承受所处位置处的海水所产生的压力。潜水器“下五洋”最大的困难是克服深海水产生的巨大压强。

（2）根据表中提供的信息可知，潜水器至少要承受7000m海水深处所产生的压强。由液体压强公式得“蛟龙”号至少承受的压强P＝hg ＝1.0×103kg/m3×7000m×10N/kg＝7×107Pa 。

(3) 根据表中提供的数据可知，潜水器的体积V＝8.2m×3.0m×3.4m＝83.64m3，潜水器（不包括压载铁）的总重＝＝（２２×103kg+220kg+3×80kg）×10N/kg＝2.246×105  N 。

设一块压铁的体积为，则一块压铁的质量＝。两块压载铁的总重＝2g＝2g 。潜水器在海水中所受的浮力＝g＝1.0×103kg/m3×83.64m3×10N/kg＝8.364×105  N 。两块压载铁所受的浮力＝2g 。

当“蛟龙”号潜水器最大负载悬浮静止在海水中时，因潜水器在海水中处于静止状态，潜水器受到平衡力的作用，所以+＝+ 。即2.246×105 N+2g＝8.364×105  N+2g  。把＝7.9×103kg/m3  、＝1.01×03kg/m3 代入上式得＝4.4 m3。

例题3（2012黄冈）2011年8月我国自主研制的深海探测器——“蛟龙号”(如图3所示)在太平洋海域成功完成5000m深海探测，2012年6月它将再赴马里亚纳海沟挑战7000m深海探测(不考虑海水密度变化，密度ρ取1.0×103kg/m3，g取10N／kg)。

(1)若“蛟龙号”能承受的最大压强是7.2×107Pa，则它能下潜的最大深度是多少?(不考虑大气压)

(2)“蛟龙号”上一面积为50cm2的观测窗口，在上述两种深度的探测中承受的压力增加了多少?

(3)“蚊龙号”完成任务后，漂浮在海面上，由起重装置将其匀速竖直吊离水面，起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如图4所示，图中P2＝2P1。起吊过程中“蛟龙号”总质量为22吨，求t1时刻“蛟龙号”的排水体积(不考虑水的阻力)。

解析：（1）由液体压强公式P＝ρgh得“蛟龙号”能下潜的最大深度＝＝＝7.2×103m。

(2)由液体压强公式得：5000m处海水的压强P1＝ρh1g＝1.0×103kg/m3×5000m×10N／kg＝5×107Pa ,7000m处海水的压强P1＝ρh1g＝1.0×103kg/m3×7000m×10N／kg＝7×107Pa

由P＝得，5000m、7000m处两种深度的探测中，观测窗受到的压力增加了△F＝(P2―P1)S＝(7×107Pa―5×107Pa) ×50 ×10-4m2 ＝1×105 N 。

（3）设“蛟龙号”总质量为m ，则“蛟龙号”总重G＝mg。

因起重装置将“蛟龙号”匀速竖直吊离水面，所以吊起过程中，“蛟龙号”受平衡力的作用。由图像可知，t2时刻以后，起重装置的功率保持不变，说明t2时刻起重装置已把“蛟龙号” 吊离水面。设t2时刻起重装置对“蛟龙号” 的拉力为F2  ，则F2 ＝G…… ①

设t1、时刻起重装置对“蛟龙号” 的拉力为F1 ，“蛟龙号”的排水体积为V ，此时“蛟龙号”受到的浮力＝ρVg 。因受平衡力作用，所以……②

设“蛟龙号”吊离水面的速度为υ，由P= 得，t1时刻 P1=F1υ，t2时刻P2=F2υ。因P2=2P1 ，所以F2υ=2 F1υ ，即F2=2F1……③

由①②③式解得 即 所以V===11m3

例题4 （2012武汉）如图5甲所示，我国“向阳红09”母船正在进行投放“蛟龙号”载人深潜器试验，调控两根伸缩杆，使“∩”型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“∩”型架顶部的绞车通过钢缆释放深潜器。

处在图5甲所示位置的“∩”形架可以简化为图5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。不考虑“∩”形架、两根伸缩杆和绞车的重力。

（1）请在图5乙中画出投放深潜器时“∩”型架的动力和阻力示意图

（2）深潜器的质量为25t，总体积为24.5m3．在绞车缓慢向下释放深潜器至刚浸没的过程中，两根伸缩杆的总拉力最多减少多少牛？

解析：（1）伸缩杆CD对OB杆的力是动力，作用点是C点，方向沿伸缩杆方向从C点指向D点。钢缆对杆OB的力是阻力，作用点是B点，方向从B点指向E点， “∩”型架的动力和阻力示意图如图5丙所示。

（2）设O到CD的距离为h ，深潜器的质量为m ，总体积为V ，则h = 2m ，m =25t ，V= 24.5m3

深潜器受到的重力G= mg = 25×1000kg×10N/kg = 2.5×105N

深潜器浸没在海水中受到的浮力＝ρVg = 1.0 × 103kg/m3 × 24.5m3×10N/kg = 2.45×105N

因绞车缓慢向下释放深潜器，所以深潜器释放时受到平衡力的作用。设深潜器入水前，钢缆BE的拉力为T1 ，则T1 = G = 2.5×105N

设深潜器入水后钢缆BE的拉力为T2 ，则 ，所以= 2.5×105N－2.45×105N = 5×103 N

设深潜器入水前两根伸缩杆的总拉力为F1 ，由杠杆平衡条件得F1·h = T1·OE，所以  = = 7.5×105N。

设深潜器没入水后两根伸缩杆的总拉力为F2 ，由杠杆平衡条件得F2·h = T2·OE ，所以  = = 1.5×104N 。

在绞车缓慢向下释放深潜器至刚浸没的过程中，当深潜器全部没入水时，受的浮力最大，两根伸缩杆的总拉力减少的最多。两根伸缩杆的总拉力最多减少△F = F1－F2 = 7.5×105N－1.5×104N＝7.35×105N。

点评：以科技新成果为命题载体的试题，大量出现在中考物理试题中，这类题材料新颖，注重考查学生的理解能力，分析能力与灵活运用物理知识解决实际问题的能力。试题表现形式多样，常常借助文字、产品或设备的铭牌、图片、图象等形式提供信息。试题虽然涉及新的高科技成果，但学生用学过的物理知识完全可以解决问题。试题不仅考查学生的能力，更注重学生学习兴趣、学习态度的培养，渗透学生关注科技发展。

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