Question

某兴趣小组在专业潜水员的指导下，到山区某水库调查水下沉水植物的种类、数量及分布情况．潜水所用氧气瓶

某兴趣小组在专业潜水员的指导下，到山区某水库调查水下沉水植物的种类、数量及分布情况．潜水所用氧气瓶的体积为7.5×lO-3m3，空瓶质量为6kg，内充有3kg的氧气，如图所示．在潜水过程中，开始阶段氧气瓶是有助于潜水员下沉的，请你计算，（1）潜水员下潜到水深10m处，从嘴中吐出的气泡受到的压强为多少？气泡上升过程中体积为什么越来越大？（当时大气压为标准大气压）（2）至少用去多少千克氧气后．氧气瓶才有助于潜水员上浮？

Answer 1

（1）∵p=ρ_水gh，
∴气泡受到的压强为P₀=ρ_水gh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×10m=1×10⁵Pa；
∵气泡上升过程中，气泡周围的水深度变浅，
∴气泡受到的压强变小，则体积变大；
（2）氧气瓶浸设在水中受到的浮力F_浮
由阿基米德原理得：
F_浮=ρ_液gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×7.5×10^-3m³=75N，
氧气瓶总重G_总
G_总=（m_瓶十m_气）g=（6kg十3kg）×10N/kg=90N，
有助于上浮至少用去的氧气质量△m，
△G=G_总-F_浮=90N-75N=15N，
△m=

△G

g

=

15N

10N/kg

=1.5kg．
答：（1）潜水员下潜到水深10m处，从嘴中吐出的气泡受到的压强为1×10⁵Pa，
气泡上升过程中因为气泡周围的水深度变浅，气泡受到的压强变小，则体积变大；
（2）至少用去1.5kg氧气后．氧气瓶才有助于潜水员上浮．