Question

环境保护是现代社会的热点，环境污染是世界各国关注的焦点，核污染更是全人类高度警惕的问题．继1986年“切尔诺贝利”核泄漏事件之后，2000年8月12日，质量m=1.4×10⁷kg的俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，引起挪威生态保护组织和国际社会普遍关注．（海水密度近似取作ρ=1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）
（1）核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径，核潜艇反应堆的核能是通过哪种途径获得的？
（2）探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置，超声波在海水中的波速v=1500m/s，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间t=0.14s．则潜艇沉没的实际深度h为多大？
（3）经研究，“库尔斯克”号的打捞方案之一，是在潜艇周围缠满可充气的负荷量大的浮力袋，若每只浮力袋充气后的体积v=10m³，试估算需用这种浮力袋多少只？
（4）按海滩救援国际惯例，8月19日晚，挪威潜水艇曾抵达“库尔斯克”号并打开紧急逃生舱盖，若舱盖面积S=0.6m²，则海水对舱盖的压力F多大？
（5）救援人员在“库尔斯克”号发现了记录潜艇各种信息的“黑匣子”，其某一部件外壳上三个电压表的示数分别为U₁、U₂、U₃；三个电流表的示数分别为I₁、I₂、I₃，它内部的电路结构图所示，试分别写出U₁、U₂、U₃之间的数学关系表达式和I₁、I₂、I₃之间的数学关系表达式．

Answer 1

【答案】分析：（1）核能分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上．
（2）超声波从发出到接收通过的路程是潜艇浸没深度的两倍．
（3）设需要N个浮力袋，浮力袋带着潜艇匀速上升时F_浮=G，根据阿基米德原理F_浮=ρgV_排=ρgNV，所以ρgNV=mg．
（4）利用公式p=ρgh求压强，再利用公式F=p?S求压力．
（5）在电路中电压表相当于断路，电流表相当于短路，先判断电阻的连接情况，再判断电流表和电压表的作用，得出关系式．
解答：解：（1）核潜艇的能量来源于铀原子核裂变时放出的核能．
故答案为：核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径，核潜艇反应堆的核能是通过核裂变途径获得的．
（2）超声波通过的路程为：s=vt=1500m/s×0.14s=210m
∴潜艇沉没的实际深度h===105m
答：潜艇沉没的实际深度h为105m．
（3）设需要N个浮力袋，当浮力袋带着潜艇匀速上升时（不考虑浮力袋的重力和潜艇的体积等因素），根据二力平衡知识有F_浮=G
因为阿基米德原理F_浮=ρgV_排=ρgNV
可以列出ρgNV=mg
∴（个）
答：需用这种浮力袋1.4×10³只．
（4）海水对舱盖的压强为：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×105m=1.05×10⁶Pa
∴海水对舱盖的压力为：
F=p?S=1.05×10⁶Pa×0.6m²=6.3×10⁵N
答：海水对舱盖的压力为6.3×10⁵N．
（5）在电路中电压表相当于断路，电流表相当于短路，故图中的电路是两个电阻串联，串联电路各处电流相等，即I₁=I₂=I₃．而三个电压表中V₁、V₂表分别测电阻R₂、R₁的电压，而V₃表是测两个电阻的总电压，所以U₃=U₁+U₂．
故答案为：I₁=I₂=I₃，U₃=U₁+U₂．
点评：本题利用生活中一实例，考查了多方面的知识，要求学生对物理知识有一个全面的了解并能学以致用．应注意合理地构建物理模型，灵活地选择物理规律和公式解答问题．