Question

【題目】圖甲是某型號(hào)的抽水馬桶水箱進(jìn)水控制裝置的示意圖，浮子是有上底無(wú)下底的圓柱形容器，中間有圓柱形的孔（圖乙是浮子的放大示意圖），壁的厚度忽略不計(jì)，浮子通過(guò)孔套在直桿上，并與調(diào)節(jié)螺母緊密相連，手動(dòng)上下移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母，可以使浮子的位置隨之上下移動(dòng)，輕質(zhì)細(xì)桿AB可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，A端與直桿底端相連，B端裝有塞子，當(dāng)水箱的進(jìn)水孔進(jìn)水，水面接觸到浮子下端后，浮子內(nèi)的空氣開(kāi)始被封閉壓縮，隨著水位繼續(xù)上升，浮子上升帶動(dòng)直桿向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)水位上升到一定高度，AB桿處于水平位置時(shí)，塞子壓住進(jìn)水孔，進(jìn)水孔停止進(jìn)水．

（1）若浮子上升的過(guò)程中內(nèi)部被封閉的空氣不泄露，浮子上底面的面積為10cm2，外界大氣壓為1.0×105Pa，浮子、直桿、細(xì)桿AB、塞子的重力及所受浮力均不計(jì)，忽略所有摩擦，當(dāng)進(jìn)水孔停止進(jìn)水時(shí)，浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為外界大氣壓強(qiáng)的1.2倍，已知：OA長(zhǎng)6cm，OB長(zhǎng)4cm，塞子受到水的壓力為____________.

（2）科學(xué)研究表明，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成反比，水壓過(guò)大時(shí)，塞子被沖開(kāi)， 水箱內(nèi)的水位超過(guò)一定高度，會(huì)使水溢出，若通過(guò)移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母的方法保證馬桶正常使用，應(yīng)向_______（填“下” 或“上”）移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母．

Answer 1

【答案】30N 下

【解析】

已知浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p＝1.2p0，則浮子內(nèi)外氣體壓強(qiáng)差：△p＝pp0＝1.2p0p0＝0.2p0＝0.2×1.0×105Pa＝2×104Pa，浮子上底面所受內(nèi)外氣體壓力差：△F＝△pS＝2×104Pa×10×104m2＝20N，方向向上；②浮子上底面所受內(nèi)外氣體壓力差△F＝20N,由于浮子通過(guò)孔套在直桿上,則浮子對(duì)直桿A端向上的作用力為FA＝△F＝20N，

以細(xì)桿AB為研究對(duì)象，AB處于水平位置時(shí)，其兩端受力情況如圖所示：

根據(jù)杠桿的平衡條件可得：FAOA＝FBOB，所以,塞子受到水的壓力：FB＝ ＝30N；當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過(guò)大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)向下移動(dòng)螺母，減小浮子內(nèi)部氣體的體積，使浮子內(nèi)部的壓強(qiáng)變大，則A端受到的向上的拉力就變大，根據(jù)杠桿的平衡條件可知塞子對(duì)水的壓力就變大，則塞子就不容易沖開(kāi)。