有一种厕所的坐便器在冲水之后由自来水自动上水,当水箱内的水达到一定深度时,水上的浮标带动杠杆通过活塞压住进水口,停止上水,此时进水口水对活塞的压强为105Pa,如图所示.A为浮标的球心,O为支点.O、A两点之间的水平距离L1=20cm,O、B两点之间的水平距离L2=5cm,活塞的横截面积为2×10-4m2,不考虑活塞、杠杆AB、浮标的重力及摩擦时.(g=10N/kg)
(1)请写出该装置涉及到的两条物理知识:
①________;②________.
(2)进水口到水塔水面的距离是多少米?
(3)活塞受到水的压力是多少牛?
(4)为堵住进水口,浮标受到的最小浮力和它排开水的最小体积各应多大?
解:(1)由图可知,该装置用到了杠杆、浮力等知识;
(2)∵p=ρgh=105Pa,
∴进水口到水塔水面的距离:
h===10m;
(3)∵p=,
∴活塞受到水的压力:F=ps=105Pa×2×10-4m2=20N;
(4)活塞对杠杆B端的力FB=20N,设浮标受到的最小浮力FA,
∵FB×L2=FA×L1,
即:20N×5cm=FA×20cm,
∴FA=5N,
∵FA=ρ水V排g,
∴V排===5×10-4m3.
答:(1)杠杆、浮力;
(2)进水口到水塔水面的距离是10m;
(3)活塞受到水的压力是20N;
(4)为堵住进水口,浮标受到的最小浮力为5N,它排开水的最小体积为5×10-4m3.
(1)图中装置用到了杠杆、浮标受到水的浮力,据此回答;
(2)进水口水对活塞的压强是由进水口到水塔水面的水位差产生的,根据液体压强公式求解;
(3)又知道活塞横截面积,利用压强公式求活塞受到水的压力;
(4)求出了活塞受到水的压力,根据力的作用是相互的,可得活塞对杠杆B端的力,根据杠杆的平衡条件可求浮标受到的最小浮力,再利用阿基米德原理求排开水的体积.
点评:本题为力学综合题,考查了学生对压强公式、液体压强公式、阿基米德原理的掌握和运用,要求灵活选用公式分析计算.
物理学习经验分享:定滑轮:固定不随物移动,支点轴上在园心,力臂相等为半径,省力一半不变向。