图专3-3
这次深潜纪录的创造反映了“蛟龙”号高端技术的创新与突破。 新技术突破一——高速水声通信技术
电磁波在海水中传播的距离很有限，而普通水声传输又有延时长、复杂环境中有效提取信号难等严重缺陷，“蛟龙”号潜入深海数千米，如何实现实时通信是个重要难题。中国科学院研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术——利用通信声呐进行水下通信联络，成功解决了这一难题。通信声呐由发射基阵和接收基阵组成，基阵又由换能器基元组成。换能器一般用压电陶瓷材料制成，可将发射机产生的电信号转换为声信号，也可以将接收机接收的声信号转换为电信号。此次“蛟龙”与“神九”成功实现穿越海天对话，高速水声通信技术功不可没。 新技术突破二——大容量充油银锌蓄电池
“蛟龙”号搭载的是我国自主研发的、储存电能超过110千瓦时的大容量充油银锌蓄电池，该电池的蓄电能力为美国同类潜水器蓄电池的2倍，成功解决了“蛟龙”号正常水下工作时间长，但又不能携带太重蓄电池的困难。 新技术突破三——悬停定位和自动航行
由于不同海域、不同深度的海水密度不同，“蛟龙”号在水中受到的浮力是变化的。按潜航员叶聪的说法，“这次7 000米级海试的试验海域，根据测量，海面海水的密度是每立方米1 021公斤，而7 000米深的海水密度变成每立方米1 059公斤。‘蛟龙’号自重22吨，算下来在7000米深度时受到的浮力大概比在海面时要大800多公斤力”(公斤力是工程中常用的力的单位，1公斤力大约等于10牛)。
浮力的变化要靠压载铁来平衡，所谓“压载铁”，就是给“蛟龙”号增加重量的铁块。“蛟龙”号海试团队用周密的数学模型，能根据在不同海域测得的海水温度、盐度和深度等参数精确地计算下潜时所需要的“压载铁”重量。
“蛟龙”号挂好所需压载铁，注水下潜，当下潜至预定深度时，“蛟龙”号能克服自身晃动、海底洋流等内外干扰，通过适时抛掉一定数量的压载铁，利用相关技术实现悬停。此外，“蛟龙”号还具备自动定向、定高、定深三大功能，能够在复杂环境中自动航行，在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能。当完成工作后，潜航员再抛掉适量的压载铁，实现上浮。可见，无论是下潜，悬停，还是上浮，压载铁的作用都是巨大的。
“祝愿中国载人深潜事业取得新的更大成就！祝愿我们的祖国繁荣昌盛！”， “神九”航天员景海鹏在太空向“蛟龙”号的祝贺，道出了全体中华儿女的心声!
(1)换能器可实现________信号与________信号的相互转换。
(2)潜艇下潜深度一般是几百米, 而“蛟龙”号下潜深度一般是几千米, “蛟龙”号在深海中必须通过抛掉压载铁实现上浮，而不是像潜艇那样采用排水的方法实现上浮，请写出可能的原因及你的理由。
(3)请估算“蛟龙”号的体积大小，并写出估算过程。 【思路分析】(1)声 电
(2)几千米的深海处，海水对“蛟龙”号的压强远大于几百米处海水对潜艇的压强，“蛟龙”号难以采用潜艇的排水方法。
(3)方法1：因为要求估算，可做以下两个近似：
其一，荷载、载人、注水、压载铁等质量相对“蛟龙”号自重较小，可不计，“蛟龙”号质量可取22吨。
其二，海水密度随海水温度、盐度和深度等因素变化时，数值差别不大，为方便计算，海水密度ρ可取1 000 kg/m3 。
根据“蛟龙”号可在深海下悬停，G=F=ρgV
浮
V==
ρg
Gmgρg
=
22 000 kg
=22 m3
1 000kg/m3
方法2：设“蛟龙”号体积为V 浸没在海面处所受浮力F
海面
=ρ
海面
gV =ρ
gV
浸没在7 000 m深海处所受浮力F
深海深海
依据文中潜航员的描述，两处所受浮力的变化： F
深海
?F
海面
=800公斤力=8 000 N
F
?F
=ρ
gV?ρ
gV
深海海面深海海面
V=
F
深海
?F
海面海面
ρ
深海
?ρ g
=
8 000 N
1 0593?1 0213 ×10
kgmmkgkgN ≈21 m3。
【自主解答】见思路分析 同步训练
1.阅读《石墨烯——改变未来的超级材料》，回答下列问题。 石墨烯——改变未来的超级材料
石墨烯，一片碳，看似普通，却被很多科学家称之为“超级材料”。石墨烯手机电池充电时间只需5秒，电池就能充满，而且可以连续使用半个月！石墨烯电池只需充电10分钟，环保节能汽车就有可能行驶1 000千米！从智能手机、超高速宽带、药物输送到计算机芯片等都可能因它而彻底改变。
石墨烯存在于自然界，只是难以剥离出单层结构，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。如何使石墨薄到只有一个原子的厚度，让很多科学家都望而却步。甚至有些科学家断言，单层的石墨是不可能独自存在的！所有妄想做出单层石墨的人，都是痴人说梦。然而我们要说：梦想还是要有的，万一实现了呢？2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。他们不断地这样反复操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。两人也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。他们再次向世人证明，解决具有挑战性的科学问题，往往不需要用高深的理论或复杂的仪器，更多地需要人们对日常生活细致的观察、灵活地运用和坚强的毅力。
石墨烯具有极好的电学、力学、热学以及光学性能。它不但是最薄、最强韧的材料，它作为电导体，有着比铜还要出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。如果和其他材料混合，它还可用于制造更结实的原材料，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此说石墨烯的应用前景十分广阔。 (1)石墨烯的厚度大约是( )
A.10?6米 B.10?8米 C.10?10米 D.10?12米
(2)石墨烯应用于超级计算机的研发，是因为________。
(3)石墨烯可以作为太空电梯的原料是利用石墨烯的________性能。(选填选项前的字母)
A.电学 B.力学 C.热学 D.光学
(4)若用石墨烯作为输电导线的原材料，能减少导线上的能量损失。请简要写出此判断的依据。 答案：(1)C
(3)B
(2)石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管
(4)根据焦耳定律，Q=I2Rt，用石墨烯材料做输电导线，导线
电阻将大大减小，导线消耗的能量也将大大减小。(其他答案合理均可给分) 2.阅读《自动扶梯》，回答下列问题。 自动扶梯
自动扶梯从其最基本的功能来说，可以看作是一个经过简单改装的传送带。两根转动的梯级链以恒定周期拖动一组梯级，并以稳定速度承载许多人进行短距离移动。自动扶梯的内部结构如图专3-4所示，它的核心部件是两根梯级链(图中只看到一根梯级链)，它们绕着两对齿轮进行循环转动。在扶梯顶部，有一台电动机带动驱动齿轮运行，从而使梯级链带着梯级一起转动。典型的自动扶梯使用100马力(1马力=735瓦)的电动机来带动驱动齿轮。
图专3-4
自动扶梯与传送带移动一个平面不同，梯级链移动的是一组梯级。自动扶梯最有趣的地方是这些梯级的移动方式。运载乘客时，梯级面要一直保持水平。在自动扶梯的顶部和底部，每个梯级彼此折叠，形成一个平台。这样可以方便乘客上、下自动扶梯。 自动扶梯上的每一个梯级都有两组轮子，它们沿着两个分离的轨道转动。靠近梯级顶部的轮子与转动的梯级链相连，并由位于自动扶梯顶部的驱动齿轮拉动。其他组的轮子只是沿着轨道滑动，跟在第一组轮子后面。
两条轨道彼此隔开，这样可使每个梯级保持水平。在自动扶梯的顶部和底部，轨道呈水平位置，从而使梯级展平。每个梯级内部有一连串的凹槽，以便在展平的过程中与前后两个梯级连接在一起。
除转动梯级链外，自动扶梯中的电动机还能移动扶手。扶手只是一条绕着一连串轮子进行循环的橡胶输送带。该输送带是精确配置的，以便与梯级的移动速度完全相同，让乘客感到平稳。
自动扶梯和直升电梯都是垂直运输乘客的交通工具。两者各有长处，通常会在不同的场合使用。自动扶梯系统不像直升电梯那样能够使人上升几十层楼，但很适用于提供短距离运输。这是因为自动扶梯的高负载率。直升电梯满员后，必须等它到达指定楼层并返回后其他人才能上电梯。而自动扶梯只要有一个人到达顶层，就会为其他人腾出位置。自动扶梯的速度范围是从27米/分至55米/分。一个移动速度为44米/分的自动扶梯在一小时内可以承载1万多人，比标准直升电梯的承载人数多得多。为了提高运送能力(单位时间内自动扶梯运送的人数)，有人提议乘客使用自动扶梯时，不着急赶路的乘客在扶梯的右侧静止站立，着急赶路的乘客在扶梯的左侧行走。 (1)自动扶梯的驱动装置是________。
(2)“马力”是下面哪个物理量的单位________。 A.力 B.功 C.功率 D.电压
(3)自动扶梯比直升电梯负载率高的原因是________。
(4)有人提议乘客使用自动扶梯时，不着急赶路的乘客在扶梯的右侧静止站立，着急赶路的乘客在扶梯的左侧行走，可以提高运送能力。请你分析该建议是否合理。 答案：(1)电动机
(2)C
(3)直升电梯满员后，必须等它到达指定楼层并返回后其他人才能上电梯。而自动扶梯只要有一个人到达顶层，就会为其他人腾出位置。
(4)该建议可以提高单位时间内运送的人数，但从安全的角度考虑，乘坐自动扶梯最好不要行走。理由：假设自动扶梯不动，采用静止站立的方式不能增加单位时间内扶梯运送的人数，采用在自动扶梯上行走的方式，可以增加单位时间内扶梯运送的人数。扶梯匀速运动和假设扶梯静止具有相同的道理，所以该建议可以提高单位时间内运送人数的多少，但从安全的角度考虑，乘坐自动扶梯最好不要行走。(结合本文答题，可以有一定的开放性)