Question

18．近年來(lái)，在賓館、廠礦、醫(yī)院、學(xué)校等單位使用全自動(dòng)不銹鋼電熱開(kāi)水器（外型如圖1所示）越來(lái)越普遍．原因是它具有自動(dòng)控水、自動(dòng)測(cè)溫、自動(dòng)控溫、熱效率高、安全衛(wèi)生、使用方便等優(yōu)點(diǎn)．某電熱開(kāi)水器說(shuō)明書(shū)上的銘牌如表：

功率	2kW		容量	22.6升
額定電壓	220V		水咀數(shù)	1
重量	16kg		外形尺寸（cm）	42×29×69.5

它的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)如圖2所示，當(dāng)容器內(nèi)水面上升時(shí)，浮力球也隨之上升，通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向左活動(dòng)（如圖3），當(dāng)水位到達(dá)一定位置時(shí)，活塞關(guān)閉進(jìn)水口，停止進(jìn)水；當(dāng)容器內(nèi)水量不足時(shí)，水面下降，浮力球隨之下降，連桿帶動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)水口打開(kāi)，向容器內(nèi)進(jìn)水．

（1）浮力球上升推動(dòng)活塞向左移動(dòng)是利用杠桿平衡原理來(lái)工作的．
（2）根據(jù)所給數(shù)據(jù)，計(jì)算該電熱開(kāi)水器電熱管的電阻是多少歐？
（3）若在進(jìn)水口處水的壓強(qiáng)為4×10⁴Pa，活塞的橫截面積為3.0×10^-4m²，試計(jì)算由于浮力球產(chǎn)生浮力，使活塞至少達(dá)到多少牛向左的力才能正好堵住進(jìn)水口的水？

Answer 1

分析 （1）分析浮力球上升推動(dòng)活塞向左移動(dòng)的過(guò)程得出利用的原理；
（2）知道電熱開(kāi)水器的功率和額定電壓，利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求電熱開(kāi)水器電熱管的電阻；
（3）知道進(jìn)水口處水的壓強(qiáng)、活塞的橫截面積，利用F=pS可求水對(duì)活塞的壓力，該壓力等于杠桿對(duì)活塞向左的壓力，即所求．

解答 解：
（1）由圖3可知，當(dāng)容器內(nèi)水面上升時(shí)，浮力球也隨之上升，通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向左活動(dòng)，這里的連桿是一杠桿，利用的是杠桿平衡原理；
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得電熱開(kāi)水器電熱管的電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{2000W}$=24.2Ω；
（3）由p=$\frac{F}{S}$得水對(duì)活塞的壓力：
F=pS=4×10⁴Pa×3.0×10^-4m²=12N，
所以使活塞至少達(dá)到12N向左的力才能正好堵住進(jìn)水口的水．
故答案為：（1）杠桿；
（2）該電熱開(kāi)水器電熱管的電阻是24.2Ω；
（3）由于浮力球產(chǎn)生浮力，使活塞至少達(dá)到12N向左的力才能正好堵住進(jìn)水口的水．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)電熱開(kāi)水器考查了學(xué)生對(duì)杠桿平衡原理、電功率公式和壓強(qiáng)公式的了解與掌握，本題關(guān)鍵是認(rèn)真審題，從表中得出有用的相關(guān)信息，靈活利用相關(guān)公式解題．