问题详情:
图10-6是一种牲畜饮水用自动装置的示意图。水箱底部有一出水孔,底盖A*时顶住水箱的出水孔。一旦饮水槽水位下降,浮球C受到的浮力减小,底盖A打开,水就通过出水孔从水箱流入饮水槽。设计水箱的最高水位60cm。水箱出水孔横截面积是30cm2。底盖A及竖杆B的总质量是400g,浮球c的质量是600g,体积是2dm3,g取10N/kg。
(1)写出此装置应用到的物理知识(至少写出2条);
(2)通过计算说明,这个自动装置在水箱蓄满水时能否正常工作;
(3)若能正常工作,请分析说明影响此自动装置能否正常工作的因素;若不能正常工作,请提出使该自动装置正常工作的改进方案。
【回答】
(1)此装置应用了压强、浮力、连通器、力的平衡等物理知识。
(2)以ABC为一整体进行受力分析
ABC整体受到重力、水箱及其中的水向下的压力和向上的浮力。
当浮球受到的向上的浮力大于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力时,底盖A会顶住水箱的出水孔,不再有水从水箱流入饮水池。
底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力
G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N
水箱中蓄满水时,由公式p=ρgh及p=F/S得
水箱中的水对底盖A向下的压力
F=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m×30×10-4m2=18N
由阿基米德原理,可得浮球受到的最大浮力
F浮m=ρ水gV排m=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N
因为在水箱中蓄满水时,浮球受到的最大浮力(20N )小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力(10N + l8N = 28N ) ,所以,这个自动装置在水箱蓄满水时不能正常工作。
(3)第一种情况:从上述计算过程可以看出,该自动装置能正常工作的条件是要保*浮球受到的向 上的浮力不小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力,因此浮球受到的重力(质量);浮球的体积;底盖A和竖杆B受到的重力;出水孔横截面积的大小等都是影响此自动装置能否正常工作的因素。
第二种情况:要使这个自动装置在水箱蓄满水时仍能正常工作,可以采取的改进措施有: ① 适当减小出水孔的横截面积; ② 适当降低水箱蓄满水时的水位高度; ③ 保持浮球质量不变的情况下,适当增大浮球的体积; ④ 在保持浮球体积不变的情况下,适当减小浮球的质量。
知识点:八年级下
题型:计算题