圖10-6是一種牲畜飲水用自動裝置的示意圖。水箱底部有一出水孔，底蓋A*時頂住水箱的出水孔。一旦飲水槽水位下降...

問題詳情：

圖10-6是一種牲畜飲水用自動裝置的示意圖。水箱底部有一出水孔，底蓋A*時頂住水箱的出水孔。一旦飲水槽水位下降，浮球C受到的浮力減小，底蓋A打開，水就通過出水孔從水箱流入飲水槽。設計水箱的最高水位60cm。水箱出水孔橫截面積是30cm2。底蓋A及豎杆B的總質量是400g，浮球c的質量是600g，體積是2dm3，g取10N/kg。

（1）寫出此裝置應用到的物理知識(至少寫出2條)；

（2）通過計算説明，這個自動裝置在水箱蓄滿水時能否正常工作；

（3）若能正常工作，請分析説明影響此自動裝置能否正常工作的因素；若不能正常工作，請提出使該自動裝置正常工作的改進方案。

【回答】

（1）此裝置應用了壓強、浮力、連通器、力的平衡等物理知識。

（2）以ABC為一整體進行受力分析

 ABC整體受到重力、水箱及其中的水向下的壓力和向上的浮力。

當浮球受到的向上的浮力大於底蓋A、豎杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力時，底蓋A會頂住水箱的出水孔，不再有水從水箱流入飲水池。

底蓋A、豎杆B和浮球C受到的重力

G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N

水箱中蓄滿水時，由公式p=ρgh及p=F/S得

水箱中的水對底蓋A向下的壓力

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

因為在水箱中蓄滿水時，浮球受到的最大浮力（20N ）小於底蓋A、豎杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力（10N + l8N = 28N ) ，所以,這個自動裝置在水箱蓄滿水時不能正常工作。

（3）第一種情況：從上述計算過程可以看出，該自動裝置能正常工作的條件是要保*浮球受到的向 上的浮力不小於底蓋A、豎杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋Ａ向下的壓力的合力，因此浮球受到的重力（質量）；浮球的體積；底蓋Ａ和豎杆B受到的重力；出水孔橫截面積的大小等都是影響此自動裝置能否正常工作的因素。

第二種情況：要使這個自動裝置在水箱蓄滿水時仍能正常工作，可以採取的改進措施有： ① 適當減小出水孔的橫截面積； ② 適當降低水箱蓄滿水時的水位高度； ③ 保持浮球質量不變的情況下，適當增大浮球的體積； ④ 在保持浮球體積不變的情況下，適當減小浮球的質量。

知識點：八年級下

題型：計算題