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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题  

2013-06-18 06:10:50|  分类: 物理中考专题 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题







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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题



 

15955633029;1148631378; xzyggyj@163.com

中考物理中的“蛟龙号”问题
山东省淄博市淄川区中小学社会实践活动基地 张勤昌
       “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学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!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。

 

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)

 

【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间= 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。

 

【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 

 

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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=【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=(22×103kg+220kg+3×80kg)×10N/kg=2.246×105  N 。

 

设一块压铁的体积为【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间,则一块压铁的质量【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间。两块压载铁的总重【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=2【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g=2【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g 。潜水器在海水中所受的浮力【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g=1.0×103kg/m3×83.64m3×10N/kg=8.364×105  N 。两块压载铁所受的浮力【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=2【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g 。

 

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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间+【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间+【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 。即2.246×105 N+2【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g=8.364×105  N+2【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间g  。把【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=7.9×103kg/m3  、【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=1.01×03kg/m3 代入上式得【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=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学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!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)。

 

【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

(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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=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=【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间得,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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=ρVg 。因受平衡力作用,所以【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间……②

 

设“蛟龙号”吊离水面的速度为υ,由P=【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 所以V=【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=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。

 

【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

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。

 

【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

(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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 ,所以【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间= 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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间  = 【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 = 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【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间  = 【中考物理专题】中考物理中的“蛟龙号”问题 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 = 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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