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2014年中国(中山)航天文化科普教育展览会于2014年7月18日在中山火炬会展中心隆重举行,本届展会是大型航天综合性公益展会,是一次生动逼真简明震撼的动态科普教育,是对全民开展科
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2014年中国(中山)航天文化科普教育展览会于2014年7月18日在中山火炬会展中心隆重举行,本届展会是大型航天综合性公益展会,是一次生动逼真简明震撼的动态科普教育,是对全民开展科学素质教育,爱国主义教育,现代化国防教育的一个崭新而独特的良好机会,吸引了许多学生在家长的带领下参观.
展出的我国资源勘探返回式卫星是一个长1m的封闭式正方体,其总质量为2.0×103kg,讲解员告诉大家:回收时,该卫星落回10m深的预定水域底部水平位置.
假设用如图所示的打捞船上的装置匀速吊起,从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中,卫星收到的浮力是变化的,我们可用一个恒力来代替,这个恒力大小等于最大浮力的一半,不计绳重和绳在水中受到的浮力,以及绳在水中受到的浮力和绳与滑轮间的摩擦,求:
①起吊前,卫星上表面受到水的压强___;
②将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前,作用在钢绳上A点的水平拉力;
③将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中,作用在A点的水平拉力做的功是多少?
展出的我国资源勘探返回式卫星是一个长1m的封闭式正方体,其总质量为2.0×103kg,讲解员告诉大家:回收时,该卫星落回10m深的预定水域底部水平位置.
假设用如图所示的打捞船上的装置匀速吊起,从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中,卫星收到的浮力是变化的,我们可用一个恒力来代替,这个恒力大小等于最大浮力的一半,不计绳重和绳在水中受到的浮力,以及绳在水中受到的浮力和绳与滑轮间的摩擦,求:
①起吊前,卫星上表面受到水的压强___;
②将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前,作用在钢绳上A点的水平拉力;
③将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中,作用在A点的水平拉力做的功是多少?
▼优质解答
答案和解析
①由题:卫星落入10m深的预定水域底部水平位置,卫星高1m,
所以卫星上表面的深度h=10m-1m=9m,
卫星上表面受到水的压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×9m=9×104Pa;
②卫星的重力:G=mg=2.0×103kg×10N/kg=2×104N,
卫星上表面未露出水面之前浸没在水中,V排=V=1m3,
受到的浮力F浮=ρ水gV=1×103kg/m3×10N/kg×1m3=104N,
作用在钢绳上A点的水平拉力F′=G-F浮=2×104N-1×104N=1×104N;
③将卫星提至上表面恰好与水面相平时,提起的高度h=9m,
此过程做功:W1=F′h=1×104N×9m=9×104J,
从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中,
由题此过程浮力为最大浮力的一半,所以拉力F2=G-
=2×104N-
=1.5×104N,
此过程中做功W2=F2a=1.5×104N×1m=1.5×104J,
所以整个过程对卫星做的功W=W1+W2=9×104J+1.5×104J=1.05×105J.
答:①9×104Pa;
②将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前,作用在钢绳上A点的水平拉力为1×104N;
③将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中,作用在A点的水平拉力做的功是1.05×105J.
①由题:卫星落入10m深的预定水域底部水平位置,卫星高1m,
所以卫星上表面的深度h=10m-1m=9m,
卫星上表面受到水的压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×9m=9×104Pa;
②卫星的重力:G=mg=2.0×103kg×10N/kg=2×104N,
卫星上表面未露出水面之前浸没在水中,V排=V=1m3,
受到的浮力F浮=ρ水gV=1×103kg/m3×10N/kg×1m3=104N,
作用在钢绳上A点的水平拉力F′=G-F浮=2×104N-1×104N=1×104N;
③将卫星提至上表面恰好与水面相平时,提起的高度h=9m,
此过程做功:W1=F′h=1×104N×9m=9×104J,
从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中,
由题此过程浮力为最大浮力的一半,所以拉力F2=G-
F浮 |
2 |
104N |
2 |
此过程中做功W2=F2a=1.5×104N×1m=1.5×104J,
所以整个过程对卫星做的功W=W1+W2=9×104J+1.5×104J=1.05×105J.
答:①9×104Pa;
②将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前,作用在钢绳上A点的水平拉力为1×104N;
③将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中,作用在A点的水平拉力做的功是1.05×105J.
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