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8. 我国“海洋地质二号”科考船圆满完成多次深海科考任务。该科考船满载时总质量达 $7.2× 10^{6}\ \mathrm{kg}$，可搭载150人。科考期间，科研人员借助自主研制的“海马”号无人潜水器，成功布放并回收了各种探测设备，为深海资源开发与灾害风险防控提供了科学依据。已知 $\rho_{\mathrm{海水}}=1.1× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，求：
（1）该科考船满载时受到的重力；
（2）“海马”号无人潜水器在6000 m深处受到的海水压强；
（3）若“海马”号无人潜水器用吊索匀速竖直提升重为2480 N，体积为0.08 $\mathrm{m}^3$的探测设备（不计水的阻力），求吊索的拉力大小。
（1）该科考船满载时受到的重力；
（2）“海马”号无人潜水器在6000 m深处受到的海水压强；
（3）若“海马”号无人潜水器用吊索匀速竖直提升重为2480 N，体积为0.08 $\mathrm{m}^3$的探测设备（不计水的阻力），求吊索的拉力大小。
答案
8.（1）$7.2×10^7\ \mathrm{N}$ （2）$6.6×10^7\ \mathrm{Pa}$ （3）1600 N
解析
【分析】
1. 求科考船满载时的重力，利用重力公式$G=mg$，已知满载总质量，代入$g=10\ \mathrm{N/kg}$即可计算；
2. 求潜水器在深海的海水压强，利用液体压强公式$p=\rho_{\mathrm{海水}}gh$，代入海水密度、深度和$g$计算；
3. 匀速提升探测设备时，设备受力平衡，向上的拉力与浮力之和等于向下的重力，先通过阿基米德原理计算探测设备受到的浮力，再根据受力平衡求拉力。
【解析】
解：（1）科考船满载时的重力：
$G = mg = 7.2×10^6\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 7.2×10^7\ \mathrm{N}$；
（2）“海马”号在6000 m深处受到的海水压强：
$p = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 6000\ \mathrm{m} = 6.6×10^7\ \mathrm{Pa}$；
（3）探测设备浸没在海水中，排开海水的体积$V_{\mathrm{排}}=V=0.08\ \mathrm{m}^3$，
根据阿基米德原理，探测设备受到的浮力：
$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}}=1.1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.08\ \mathrm{m}^3 = 880\ \mathrm{N}$；
匀速提升时，设备受力平衡，即$F_{\mathrm{拉}} + F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{物}}$，
所以吊索的拉力：$F_{\mathrm{拉}}=G_{\mathrm{物}} - F_{\mathrm{浮}}=2480\ \mathrm{N} - 880\ \mathrm{N}=1600\ \mathrm{N}$。
【答案】（1）$7.2×10^7\ \mathrm{N}$；（2）$6.6×10^7\ \mathrm{Pa}$；（3）1600 N
【知识点】重力计算、液体压强、浮力与受力平衡
【点评】本题结合深海科考情境，考查力学基础公式的应用，涉及重力、液体压强、浮力及受力平衡的知识点，题目难度适中，只要掌握相关公式并正确应用即可解答。
【难度系数】0.6
1. 求科考船满载时的重力，利用重力公式$G=mg$，已知满载总质量，代入$g=10\ \mathrm{N/kg}$即可计算；
2. 求潜水器在深海的海水压强，利用液体压强公式$p=\rho_{\mathrm{海水}}gh$，代入海水密度、深度和$g$计算；
3. 匀速提升探测设备时，设备受力平衡，向上的拉力与浮力之和等于向下的重力，先通过阿基米德原理计算探测设备受到的浮力，再根据受力平衡求拉力。
【解析】
解：（1）科考船满载时的重力：
$G = mg = 7.2×10^6\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 7.2×10^7\ \mathrm{N}$；
（2）“海马”号在6000 m深处受到的海水压强：
$p = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 6000\ \mathrm{m} = 6.6×10^7\ \mathrm{Pa}$；
（3）探测设备浸没在海水中，排开海水的体积$V_{\mathrm{排}}=V=0.08\ \mathrm{m}^3$，
根据阿基米德原理，探测设备受到的浮力：
$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}}=1.1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.08\ \mathrm{m}^3 = 880\ \mathrm{N}$；
匀速提升时，设备受力平衡，即$F_{\mathrm{拉}} + F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{物}}$，
所以吊索的拉力：$F_{\mathrm{拉}}=G_{\mathrm{物}} - F_{\mathrm{浮}}=2480\ \mathrm{N} - 880\ \mathrm{N}=1600\ \mathrm{N}$。
【答案】（1）$7.2×10^7\ \mathrm{N}$；（2）$6.6×10^7\ \mathrm{Pa}$；（3）1600 N
【知识点】重力计算、液体压强、浮力与受力平衡
【点评】本题结合深海科考情境，考查力学基础公式的应用，涉及重力、液体压强、浮力及受力平衡的知识点，题目难度适中，只要掌握相关公式并正确应用即可解答。
【难度系数】0.6
9. 做一做，想一想。
胡萝卜小船
实验器材：如图5甲所示，清水2杯、差不多大小的胡萝卜2片和裁剪好的吸管4段。
实验步骤：
Ⅰ. 将2片胡萝卜分别直接放入2杯水中，2片胡萝卜都沉下去了。
Ⅱ. 如图5乙所示，将其中1片胡萝卜取出，将4段吸管插在上面，再次放入水中。
（1）观察到什么现象？为什么？
现象：
原因：
（2）步骤Ⅱ中用到的知识点在生活中有哪些应用？
（3）有没有其他方法可以让另一片胡萝卜也浮起来？
胡萝卜小船
实验器材：如图5甲所示，清水2杯、差不多大小的胡萝卜2片和裁剪好的吸管4段。
实验步骤：
Ⅰ. 将2片胡萝卜分别直接放入2杯水中，2片胡萝卜都沉下去了。
Ⅱ. 如图5乙所示，将其中1片胡萝卜取出，将4段吸管插在上面，再次放入水中。
（1）观察到什么现象？为什么？
现象：
插着吸管的胡萝卜浮起来了（如果没浮起来可以换用较粗的吸管或多插几根吸管试试）
。原因：
插吸管后增大了排开水的体积从而增大浮力，胡萝卜就浮起来了
。（2）步骤Ⅱ中用到的知识点在生活中有哪些应用？
轮船
。（3）有没有其他方法可以让另一片胡萝卜也浮起来？
往清水中加盐增大液体密度
。答案
9.（1）插着吸管的胡萝卜浮起来了（如果没浮起来可以换用较粗的吸管或多插几根吸管试试） 插吸管后增大了排开水的体积从而增大浮力，胡萝卜就浮起来了 （2）轮船 （3）往清水中加盐增大液体密度
解析
【分析】
本题围绕“胡萝卜小船”实验考查浮力相关知识，解题思路如下：（1）对比插吸管前后胡萝卜的状态，结合阿基米德原理分析浮力变化，进而判断浮沉现象；（2）联系生活中利用浮力增大的实例，对应实验中增大排开体积的方法；（3）根据阿基米德原理，除增大排开体积外，还可通过增大液体密度增大浮力，使胡萝卜上浮。
【解析】
（1）现象：插着吸管的胡萝卜浮起来了（若未浮起可调整吸管数量或粗细）。原因：插吸管后，增大了胡萝卜排开水的体积，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$，水的密度不变，排开水的体积变大，胡萝卜受到的浮力变大，当浮力大于胡萝卜的重力时，胡萝卜上浮，最终漂浮在水面。
（2）实验中通过增大排开体积增大浮力，生活中轮船利用空心结构增大排开体积，获得足够浮力漂浮，属于该知识点的应用。
（3）根据阿基米德原理，可通过增大液体密度增大浮力，因此往另一杯清水中加盐，增大液体密度，胡萝卜排开体积不变时浮力变大，当浮力大于胡萝卜重力时，胡萝卜就会浮起来。
【答案】
（1）插着吸管的胡萝卜浮起来了（如果没浮起来可以换用较粗的吸管或多插几根吸管试试）；插吸管后增大了排开水的体积从而增大浮力，胡萝卜就浮起来了 （2）轮船 （3）往清水中加盐增大液体密度
【知识点】
阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题结合趣味实验考查浮力知识点，将物理知识与生活实例结合，帮助学生理解浮力的实际应用，难度适中，注重知识的运用。
【难度系数】
0.6
本题围绕“胡萝卜小船”实验考查浮力相关知识，解题思路如下：（1）对比插吸管前后胡萝卜的状态，结合阿基米德原理分析浮力变化，进而判断浮沉现象；（2）联系生活中利用浮力增大的实例，对应实验中增大排开体积的方法；（3）根据阿基米德原理，除增大排开体积外，还可通过增大液体密度增大浮力，使胡萝卜上浮。
【解析】
（1）现象：插着吸管的胡萝卜浮起来了（若未浮起可调整吸管数量或粗细）。原因：插吸管后，增大了胡萝卜排开水的体积，根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$，水的密度不变，排开水的体积变大，胡萝卜受到的浮力变大，当浮力大于胡萝卜的重力时，胡萝卜上浮，最终漂浮在水面。
（2）实验中通过增大排开体积增大浮力，生活中轮船利用空心结构增大排开体积，获得足够浮力漂浮，属于该知识点的应用。
（3）根据阿基米德原理，可通过增大液体密度增大浮力，因此往另一杯清水中加盐，增大液体密度，胡萝卜排开体积不变时浮力变大，当浮力大于胡萝卜重力时，胡萝卜就会浮起来。
【答案】
（1）插着吸管的胡萝卜浮起来了（如果没浮起来可以换用较粗的吸管或多插几根吸管试试）；插吸管后增大了排开水的体积从而增大浮力，胡萝卜就浮起来了 （2）轮船 （3）往清水中加盐增大液体密度
【知识点】
阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题结合趣味实验考查浮力知识点，将物理知识与生活实例结合，帮助学生理解浮力的实际应用，难度适中，注重知识的运用。
【难度系数】
0.6
