图是一种牲畜饮水用自动装置的示意图。水箱底部有一出水孔,底盖A甲时顶住水箱的出水孔.一旦饮水槽水位下降,浮球C受到的浮力减小,底盖A打开,水就通过出水孔从水箱流入饮水槽。设计水箱的最高水位为60 cm.水箱出水孔横截面积是30 cm2。底盖A及竖杆B的总质量是400 g,浮球c的质量是600 g,体积是2dm3,g取10N/g。
(11写出此装置应用到的物理知识(至少说出 2条);
(2)通过计算说明,这个自动装置在水箱蓄满水时是否能正常工作:
(3)若能正常工作,请分析说明影响此自动装置能否正常工作的因素:若不能正常工作,请提出使该自动装置正常工作的改进方案。
解析:
(1)1.连通器的原理;2.浮力(液体的压强、二力平衡等)。
(2)当水箱装满水时,箱底的水的深度为60c,对A的压强和压力分别为:
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×60×10-2m
=6×103Pa
F=PS=6×103Pa×30×10-4m2=18N
C球所受浮力最大值为:
F浮=ρ水gVC=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3
=20N
此时C球受到向下力的合力为:
F+GA+GB+GC=18N+400×10-3kg×10N/kg+600×10-3kg×10N/kg
=28N>F浮
即下面装满水后,此时A无法关闭,继续被打开向下放水,故不能正常工作。
(3)方法较多。例如
1.降低水箱中的水位;
2.减小A的面积;
3.减小A、B、C某个或几个质量。
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