Question

【題目】圖甲是某型號的抽水馬桶水箱進(jìn)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，浮子通過孔套在直桿上，并與調(diào)節(jié)螺母緊密相連，手動上下移動調(diào)節(jié)螺母，可以使浮子的位置隨之上下移動，輕質(zhì)細(xì)桿AB可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，A端與直桿底端相連，B端裝有塞子，當(dāng)水箱的進(jìn)水孔進(jìn)水，水面接觸到浮子下端后，浮子內(nèi)的空氣開始被封閉壓縮，隨著水位繼續(xù)上升，浮子上升帶動直桿向上運(yùn)動，當(dāng)水位上升到一定高度，AB桿處于水平位置時，塞子壓住進(jìn)水孔，進(jìn)水孔停止進(jìn)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(shí)驗(yàn)

①將浮子倒置后，用刻度尺測出浮子內(nèi)的深度h

②將浮子裝滿水， ；

③浮子上底面的面積表達(dá)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(nèi)部被封閉的空氣不泄露，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、直桿、細(xì)桿AB、塞子的重力及所受浮力均不計，忽略所有摩擦，當(dāng)進(jìn)水孔停止進(jìn)水時，浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為外界大氣壓強(qiáng)的1.2倍，求此時：

①浮子上底面所受內(nèi)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(xué)研究表明，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時，其壓強(qiáng)與體積成反比，當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過大時，塞子被沖開，水箱內(nèi)的水位超過一定高度，會使水溢出，若通過移動調(diào)節(jié)螺母的方法保證馬桶正常使用，應(yīng)如何移動調(diào)節(jié)螺母．

Answer 1

【答案】（1）②利用量筒測出浮子里面水的體積V；③；（2）20N；30N；（3）當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過大時，應(yīng)適當(dāng)向下移動螺母，使浮子內(nèi)部的壓強(qiáng)變大，A受到的向上的拉力就變大，根據(jù)杠桿的平衡條件可知塞子受到的壓力就變大，則塞子就不容易沖開

【解析】

試題分析：（1）測浮子上底面的面積的步驟：①將浮子倒置后，用刻度尺測出浮子內(nèi)的深度h；②將浮子裝滿水，利用量筒測出浮子里面水的體積V；③根據(jù)V=Sh可得，浮子上底面的面積表達(dá)式S上=；（2）①已知浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p=1.2p0，則浮子內(nèi)外氣體壓強(qiáng)差：△p=p﹣p0=1.2p0﹣p0=0.2p0=0.2×1.0×105Pa=2×104Pa，浮子上底面所受內(nèi)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(nèi)外氣體壓力差△F=20N，由于浮子通過孔套在直桿上，則浮子對直桿A端向上的作用力為FA=△F=20N，以細(xì)桿AB為研究對象，AB處于水平位置時，其兩端受力情況如下圖所示：

根據(jù)杠桿的平衡條件可得：FAOA=FBOB，所以，塞子受到水的壓力：FB===30N；（3）當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過大時，應(yīng)適當(dāng)向下移動螺母，減小浮子內(nèi)部氣體的體積，使浮子內(nèi)部的壓強(qiáng)變大，則A端受到的向上的拉力就變大，根據(jù)杠桿的平衡條件可知塞子對水的壓力就變大，則塞子就不容易沖開。