Question

15．马航MH370航班失联后，各国在南印度洋展开了搜寻客机飞行数据记录仪（俗称“黑匣子”）（图1）的工作．客机上安装的黑匣子有两种，一种是座舱话音记录仪，可以记录飞机上的各种通话；另一种是飞行数据记录仪，主要记录飞机的各种飞行数据．4月5日、6日，我国“海巡01”轮和澳大利亚“海洋之盾”防卫舰相继在南印度洋侦测到疑似客机飞行记录仪发出的水下脉冲信号．4月7日，澳大利亚的潜水员们正在南印度洋搜索失联航班MH370搭载的“黑匣子”的下落（图2）．（g取10N/kg）

（1）即便飞机已完全损坏，黑匣子里的记录数据也能完好保存．由此推测，“黑匣子”具有哪些物理性能？抗火、耐高温、耐压、耐冲击振动、耐海水浸泡、抗磁干扰等．
（2）潜水员在水下80m处受到海水的压强是多大？（ρ_海水=1.03×10³kg/m³）
（3）假设潜水员在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m³、密度为2.7×10³kg/m³的物体静止不动，求潜水员的举力是多大．（g取10N/kg）
（4）若潜水员在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图3所示，求潜水员在水下以0.5m/s的水平速度匀速运动时，潜水员的水平推进力在10s内所做的功．

Answer 1

分析 （1）根据“黑匣子”的作用分析解答．
（2）知道海水的密度和深度，根据p=ρgh求出受到海水产生的压强；
（3）先根据阿基米德原理求出物体受到的浮力，再根据密度公式和G=mg求出物体的重力，最后对物体正确受力分析，然后由平衡条件得出潜水员的举力；
（4）由f-v图象可求当潜水员以0.5m/s的水平速度匀速运动时受到的阻力，根据二力平衡条件得出潜水员的动力，利用v=$\frac{s}{t}$求出潜水员运动的距离，再利用W=Fs计算潜水员的水平推进力在10s内所做的功．

解答 解：（1）为了让飞机失事后“黑匣子”不被损毁，保存在黑匣子中的数据不丢失，黑匣子的结构应该有抗火、耐高温、耐压、耐冲击振动、耐海水浸泡、抗磁干扰等特点．
（2）潜水员在水下80m处受到海水产生的压强：
p=ρ_海水gh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×80m=8.24×10⁵Pa；
（3）物体受到的浮力：
F_浮=ρ_海水gV_排=ρ_海水gV=1.03×10³kg/m³×10N/kg×0.02m³=206N，
由G=mg和$ρ=\frac{m}{V}$可得，物体受到的重力：
G=mg=ρVg=2.7×10³kg/m³×0.02m³×10N/kg=540N，
物体受竖直向下的重力G，竖直向上的浮力F_浮，潜水员向上的举力F，
则潜水员对物体的举力为：
F=G-F_浮=540N-206N=334N；
（4）由图象可知，海水阻力与潜水员的运动速度成正比，则
当潜水员运动速度为0.5m/s时，
f=$\frac{70N}{0.2m/s}$×0.5m/s=175N，
潜水员匀速前进，则潜水员水平推进力：F=f=175N，
由v=$\frac{s}{t}$可得，潜水员运动的距离：
s=vt=0.5m/s×10s=5m，
潜水员的水平推进力在10s内所做的功：
W=Fs=175N×5m=875J．
答：（1）抗火、耐高温、耐压、耐冲击振动、耐海水浸泡、抗磁干扰等．
（2）潜水员在水下80m处受到海水的压强是8.24×10⁵Pa；
（3）潜水员的举力是334N；
（4）潜水员的水平推进力在10s内所做的功为875J．

点评 本题考查了液体压强、阿基米德原理、物体浮沉条件、密度公式、功的公式的综合应用，涉及到的知识点较多，综合性强；要注意物体浸没时排开海水的体积和自身的体积相等．