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物理必考某学校科技小组的同学们设计了一个自动冲刷厕所的水箱模型.这种

更新时间:2024-01-22 文章作者: 信息来源: 阅读次数:

某学校科技小组的同学们设计了一个自动冲刷厕所的水箱模型,这种水箱模型能把自来水管供给的较小流量的水储存到一定量后,自动开启放水阀门,冲刷便池中的污物.如图是这种水箱模型的主要部件的截面示意图.图中水箱A是一个底面积为200cm2的圆柱桶,桶的深度为60cm,上面敞口.浮筒B是一个质量为m=0.2kg的空心密封圆柱体,其底面积S1为80cm2,高为30cm;放水阀门C是一个质量可忽略的圆柱体,其底面积S2为40cm2,厚度d为1cm;放水阀门C能将排水管口恰好盖严,阀门上固定一根轻杆与浮筒相连,杆的长度为L.当水箱中的水深达到H时,浮筒B刚好能将放水阀门C打开.问9eX物理好资源网(原物理ok网)

(1)请求出水箱中的水深H与轻杆L的函数关系.9eX物理好资源网(原物理ok网)

(2)当L为多长时,进水管不管进水多长时间也无法把阀门C打开

试题答案

解:由题知:H=60cm;mB=0.2kg;S1=80cm2;hB=30cm;S2=40cm2;d=1cm;9eX物理好资源网(原物理ok网)

(1)设浮筒B浸入水中的深度至少为h时阀门C刚好被打开;9eX物理好资源网(原物理ok网)

方法一:9eX物理好资源网(原物理ok网)

以B为研究对象,受力分析如图甲所示:F=GB+F9eX物理好资源网(原物理ok网)

以C为研究对象,受力分析如图乙所示:F′=F9eX物理好资源网(原物理ok网)

因为F=F′,所以F=GB+F9eX物理好资源网(原物理ok网)

即:ρgS1h=mBg+ρgS2(h+L)9eX物理好资源网(原物理ok网)

代入数据解得:h=5+L9eX物理好资源网(原物理ok网)

则水深为:H=h+L+d9eX物理好资源网(原物理ok网)

即:H=2L+6cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

方法二:9eX物理好资源网(原物理ok网)

以B和C整体作为研究对象ρg(H-L-d)S1-ρg(H-d)S2=mg9eX物理好资源网(原物理ok网)

解得:9eX物理好资源网(原物理ok网)

代入数据得:H=2L+6cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

(2)根据题意可知:9eX物理好资源网(原物理ok网)

H≤30cm+L+d9eX物理好资源网(原物理ok网)

H≤60cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

H=2L+6cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

由以上3式的L≤25cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

答:(1)水箱中的水深H与轻杆L的函数关系是:H=2L+6cm9eX物理好资源网(原物理ok网)

(2)当L≤25cm时,进水管不管进水多长时间也无法把阀门C打开.9eX物理好资源网(原物理ok网)

试题解析

仔细读题,明确题意:9eX物理好资源网(原物理ok网)

(1)当浮筒B所受的浮力大于B的重力与杆的拉力之和时才能将阀门打开,设浮筒B浸入水中深度至少为h时阀门C刚好被打开,根据受力分析与浮力的计算公式求出h,则H=h+d+L;9eX物理好资源网(原物理ok网)

(2)当浮筒B全部浸没时浮力仍小于或等于B的重力与杆的拉力之和时,不管进水多长时间都无法把阀门C打开;由(1)中H与L的关系以及H≤30cm+L+d,求出L的长度.9eX物理好资源网(原物理ok网)

点评:考查(1)对物体进行受力情况分析.(2)液体内部压强公式.(3)压强的定义式.(4)阿基米德原理.(5)运用物理知识解决生产、生活中实际问题的能力. 综合性强,难度大.9eX物理好资源网(原物理ok网)

物理解题技巧分享:晶体熔解:吸热升温倒熔点,熔解过程温不变。熔点温度物状态,固态液态或共存。

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