Question

17．2016年12月15日，中国一艘救捞船在南海打捞了一艘无人潜航器．
请回答：
（1）在打捞潜航器时，潜水员需下水操作，已知潜水员和他的潜水设备的总体积为6.8×10^-2 m³．请问，当潜水员在水下作业时，受到的浮力为多少？（g=10N/kg）
（2）从潜水设置中冒出的气泡在海水中上升时，会逐渐变大．请分析：在这个过程中，气泡受到的浮力大小的变化情况及变化的原因．
（3）某深海探测器的两侧配备多块相同的压载铁，当其下潜到达设定深度时，抛卸压载铁，使其悬浮、上浮等．在一次海底科考活动中，该探测器在理想状态下观察窗所受海水压强随时间变化的p-t图象如图所示．请判断：探测器在AB、BC、CD三个阶段，所受重力的大小关系．

Answer 1

分析 （1）物体完全浸没时排开水的体积等于其自身体积，利用F_浮=ρgV_排计算潜水员受到的浮力；
（2）气泡在上升过程中，体积会逐渐变大即排开液体的体积变大，根据公式F_浮=ρgV_排可知气泡所受浮力的大小变化．
（3）探测器实现上浮和下沉是通过改变自身重力来实现的，根据浮力和重力的关系比较出重力大小关系．

解答 解：（1）由题意知，潜水员在水下作业时，其排开水的体积V_排=V=6.8×10^-2 m³．
则潜水员受到的浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1×10³kg/m³×10N/kg×6.8×10^-2 m³=680N；
（2）气泡在上升过程中，体积逐渐变大，由F_浮=ρgV_排，气泡排开液体的体积变大，水的密度不变，则气泡受到的浮力在不断变大．
（3）探测器在AB、BC、CD三个阶段，浮力不变，探测器在AB段下沉时，F_浮＜G_AB；探测器在BC段悬浮时，F_浮=G_BC；探测器在CD段上浮时，F_浮＞G_CD；所以G_AB＞G_BC＞G_CD．
答：（1）当潜水员在水下作业时，受到的浮力为680N；
（2）气泡受到的浮力大小的变化情况是不断变大；变化的原因是：气泡在上升过程中，体积逐渐变大，由F_浮=ρgV_排，气泡排开液体的体积变大，水的密度不变．
（3）某探测器在AB、BC、CD三个阶段，所受重力的大小关系为G_AB＞G_BC＞G_CD．

点评 此题主要考查的是学生对阿基米德原理、物体浮沉条件及其应用的理解和掌握，综合性很强，难度较大，读懂图象是解决此题的关键．