图*是某型号的抽水马桶水箱进水控制装置的示意图,浮子是有上底无下底的圆柱形容器,中间有圆柱形的孔(图乙是浮子的...
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图*是某型号的抽水马桶水箱进水控制装置的示意图,浮子是有上底无下底的圆柱形容器,中间有圆柱形的孔(图乙是浮子的放大示意图),壁的厚度忽略不计,浮子通过孔套在直杆上,并与调节螺母紧密相连,手动上下移动调节螺母,可以使浮子的位置随之上下移动,轻质细杆AB可绕O点旋转,A端与直杆底端相连,B端装有塞子,当水箱的进水孔进水,水面接触到浮子下端后,浮子内的空气开始被封闭压缩,随着水位继续上升,浮子上升带动直杆向上运动,当水位上升到一定高度,AB杆处于水平位置时,塞子压住进水孔,进水孔停止进水.
(1)为测出浮子上底面的面积,给你刻度尺、量筒和水,请完成实验
①将浮子倒置后,用刻度尺测出浮子内的深度h
②将浮子装满水, ;
③浮子上底面的面积表达式:S上= (用所测量物理量的符号表示)
(2)若浮子上升的过程中内部被封闭的空气不泄露,用上述方法测得的浮子上底面的面积为10cm2,外界大气压为1.0×105Pa,浮子、直杆、细杆AB、塞子的重力及所受浮力均不计,忽略所有摩擦,当进水孔停止进水时,浮子内的气体压强为外界大气压强的1.2倍,求此时:
①浮子上底面所受内外气体压力差为多大?
②OA长6cm,OB长4cm,塞子受到水的压力为多大?
(3)科学研究表明,一定质量的气体,在温度不变时,其压强与体积成反比,当进水孔的水压过大时,塞子被冲开,水箱内的水位超过一定高度,会使水溢出,若通过移动调节螺母的方法保*马桶正常使用,应如何移动调节螺母.
【回答】
【考点】7N:杠杆的平衡条件;8E:大气压强的存在;8H:气体压强跟体积的关系.
【分析】(1)由于浮子下部是开口的,则将浮子倒置后,是一个圆柱形的容器,要想测出瓶子的底面积,可利用水采用等效替代法测出浮子的容积,由于用刻度尺可以直接测出浮子内的深度h,然后利用S=即可求出底面积;
(2)①已知浮子内的气体压强,则根据压强差利用F=pS即可求出浮子上底面所受内外气体压力差;
②以浮子为研究对象,根据浮子上底面所受的向上的压力,可知浮子对A点的作用力,利用杠杆平衡条件求出塞子受到水的压力;
(3)当进水孔的水压过大时,根据杠杆原理得出浮子的浮力变化,由于一定质量的气体,在温度不变时,其压强与体积成反比,据此即可判断螺母移动方向.
【解答】解:
(1)测浮子上底面的面积的步骤:
①将浮子倒置后,用刻度尺测出浮子内的深度h
②将浮子装满水,利用量筒测出浮子里面水的体积V;
③根据V=Sh可得,浮子上底面的面积表达式S上=.
(2)①已知浮子内的气体压强p=1.2p0,
则浮子内外气体压强差:△p=p﹣p0=1.2p0﹣p0=0.2p0=0.2×1.0×105Pa=2×104Pa,
浮子上底面所受内外气体压力差:△F=△pS=2×104Pa×10×10﹣4m2=20N,方向向上;
②浮子上底面所受内外气体压力差△F=20N,由于浮子通过孔套在直杆上,则浮子对直杆A端向上的作用力为FA=△F=20N,
以细杆AB为研究对象,AB处于水平位置时,其两端受力情况如图所示:
根据杠杆的平衡条件可得:FA•OA=FB•OB,
所以,塞子受到水的压力:FB===30N;
(3)当进水孔的水压过大时,应适当向下移动螺母,减小浮子内部气体的体积,使浮子内部的压强变大,则A端受到的向上的拉力就变大,根据杠杆的平衡条件可知塞子对水的压力就变大,则塞子就不容易冲开.
故*为:(1)②利用量筒测出浮子里面水的体积V;③.
(2)20N;30N;
(3)当进水孔的水压过大时,应适当向下移动螺母,使浮子内部的压强变大,A受到的向上的拉力就变大,根据杠杆的平衡条件可知塞子受到的压力就变大,则塞子就不容易冲开.
知识点:各地中考
题型:综合题
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