圖*是某型號的抽水馬桶水箱進水控制裝置的示意圖,浮子是有上底無下底的圓柱形容器,中間有圓柱形的孔(圖乙是浮子的...
問題詳情:
圖*是某型號的抽水馬桶水箱進水控制裝置的示意圖,浮子是有上底無下底的圓柱形容器,中間有圓柱形的孔(圖乙是浮子的放大示意圖),壁的厚度忽略不計,浮子通過孔套在直杆上,並與調節螺母緊密相連,手動上下移動調節螺母,可以使浮子的位置隨之上下移動,輕質細杆AB可繞O點旋轉,A端與直杆底端相連,B端裝有塞子,當水箱的進水孔進水,水面接觸到浮子下端後,浮子內的空氣開始被封閉壓縮,隨著水位繼續上升,浮子上升帶動直杆向上運動,當水位上升到一定高度,AB杆處於水平位置時,塞子壓住進水孔,進水孔停止進水.
(1)為測出浮子上底面的面積,給你刻度尺、量筒和水,請完成實驗
①將浮子倒置後,用刻度尺測出浮子內的深度h
②將浮子裝滿水, ;
③浮子上底面的面積表示式:S上= (用所測量物理量的符號表示)
(2)若浮子上升的過程中內部被封閉的空氣不洩露,用上述方法測得的浮子上底面的面積為10cm2,外界大氣壓為1.0×105Pa,浮子、直杆、細杆AB、塞子的重力及所受浮力均不計,忽略所有摩擦,當進水孔停止進水時,浮子內的氣體壓強為外界大氣壓強的1.2倍,求此時:
①浮子上底面所受內外氣體壓力差為多大?
②OA長6cm,OB長4cm,塞子受到水的壓力為多大?
(3)科學研究表明,一定質量的氣體,在溫度不變時,其壓強與體積成反比,當進水孔的水壓過大時,塞子被衝開,水箱內的水位超過一定高度,會使水溢位,若通過移動調節螺母的方法保*馬桶正常使用,應如何移動調節螺母.
【回答】
【考點】7N:槓桿的平衡條件;8E:大氣壓強的存在;8H:氣體壓強跟體積的關係.
【分析】(1)由於浮子下部是開口的,則將浮子倒置後,是一個圓柱形的容器,要想測出瓶子的底面積,可利用水採用等效替代法測出浮子的容積,由於用刻度尺可以直接測出浮子內的深度h,然後利用S=即可求出底面積;
(2)①已知浮子內的氣體壓強,則根據壓強差利用F=pS即可求出浮子上底面所受內外氣體壓力差;
②以浮子為研究物件,根據浮子上底面所受的向上的壓力,可知浮子對A點的作用力,利用槓桿平衡條件求出塞子受到水的壓力;
(3)當進水孔的水壓過大時,根據槓桿原理得出浮子的浮力變化,由於一定質量的氣體,在溫度不變時,其壓強與體積成反比,據此即可判斷螺母移動方向.
【解答】解:
(1)測浮子上底面的面積的步驟:
①將浮子倒置後,用刻度尺測出浮子內的深度h
②將浮子裝滿水,利用量筒測出浮子裡面水的體積V;
③根據V=Sh可得,浮子上底面的面積表示式S上=.
(2)①已知浮子內的氣體壓強p=1.2p0,
則浮子內外氣體壓強差:△p=p﹣p0=1.2p0﹣p0=0.2p0=0.2×1.0×105Pa=2×104Pa,
浮子上底面所受內外氣體壓力差:△F=△pS=2×104Pa×10×10﹣4m2=20N,方向向上;
②浮子上底面所受內外氣體壓力差△F=20N,由於浮子通過孔套在直杆上,則浮子對直杆A端向上的作用力為FA=△F=20N,
以細杆AB為研究物件,AB處於水平位置時,其兩端受力情況如圖所示:
根據槓桿的平衡條件可得:FA•OA=FB•OB,
所以,塞子受到水的壓力:FB===30N;
(3)當進水孔的水壓過大時,應適當向下移動螺母,減小浮子內部氣體的體積,使浮子內部的壓強變大,則A端受到的向上的拉力就變大,根據槓桿的平衡條件可知塞子對水的壓力就變大,則塞子就不容易衝開.
故*為:(1)②利用量筒測出浮子裡面水的體積V;③.
(2)20N;30N;
(3)當進水孔的水壓過大時,應適當向下移動螺母,使浮子內部的壓強變大,A受到的向上的拉力就變大,根據槓桿的平衡條件可知塞子受到的壓力就變大,則塞子就不容易衝開.
知識點:各地會考
題型:綜合題
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