Question

圖甲為加油站加油系統(tǒng)示意圖，油罐容積為30m³，為了降低油品損耗，保證油罐運(yùn)行安全，在油罐頂部安裝有調(diào)節(jié)油罐內(nèi)外壓力平衡的呼吸閥。其中吸氣閥（圖乙）管口面積為2×10^－3m2，重力不計(jì)的吸氣閥蓋在0. 6N的恒力作用下堵住吸氣管口。加油時(shí)，加油機(jī)內(nèi)油泵自動(dòng)啟動(dòng)，加油槍流量控制為Q = 5×10^-4m³/s；(ρ_油取0.8×10³ kg/m³，外界大氣壓取10⁵Pa )

(1)某次加油時(shí)，加油槍口高出油罐油面3m，所加油的體積為2.5×10^－2m3，則加油系統(tǒng)克服油的重力做了多少功？（不考慮油面的變化）（3分）
(2)若加油槍口橫截面積為4×10^-4m²，則加油時(shí)油在油槍口處流速是多少米／秒？（2分）
(3)若油罐中油的體積為10.04m³，罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)與其體積關(guān)系如下表所示（吸氣閥未打開前氣體質(zhì)量、溫度保持不變），則在加油多長(zhǎng)時(shí)間后，吸氣閥會(huì)立即打開？（3分）

油罐內(nèi)氣體體積（m3）	……	19.96	19.98	20	20.02	20.04	……
油罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)（Pa）	……	99900	99800	99700	99600	99500	……

Answer 1

(1) 600J (2) 1.25m/s (3)80s

解：（1）所加油的重力G=ρ_油Vg=0.8×10³kg/m³×2.5×10^-2 m³×10N/kg=200N，
加油系統(tǒng)克服油的重力做的功為：W =Gh=200N×3m=600J。
（2）由于流量是單位時(shí)間內(nèi)流出油槍的體積，即Q==Sv；
故油在油槍口處流速為：v===1.25m/s。
（3）當(dāng)吸氣閥剛好打開時(shí)，對(duì)于閥蓋進(jìn)行受力分析，有F_外=F_內(nèi)+F₀   p_外S₂=p_內(nèi)S₂+ F₀
則10⁵Pa ×2×10^-3m²=p_內(nèi)×2×10^-3m² +0.6N     則p_內(nèi)=99700Pa；
根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)吸氣閥剛好打開時(shí)，油罐中氣體的體積為20 m³。則此時(shí)油罐中油的體積為V₁="30" m³－20 m³="10" m³；
故要加油的體積為：V₂=10.04m³－10m³="0.04" m³
則要加油的時(shí)間：t=。
（1）欲求加油系統(tǒng)克服油的重力做了多少功，應(yīng)該由油的體積求出油的質(zhì)量，得出油的重力，再根據(jù)其被提升的高度求出功的大��；（2）欲球油槍口處流速的大小，由于已知流量的大小，再根據(jù)流量的定義，用它除槍口的橫截面積即可得出流速的大��；（3）吸氣閥打開時(shí)就是閥蓋受到的罐內(nèi)外的壓力差等于0.6N時(shí)的狀態(tài)，故我們可先由此求出罐內(nèi)的壓強(qiáng)，然后再由罐內(nèi)氣體的體積與罐內(nèi)壓強(qiáng)的的對(duì)照表得到罐內(nèi)氣體的多少，再求出應(yīng)該所加油的多少，再根據(jù)流量關(guān)系求出加油的時(shí)間來。
【考點(diǎn)】二力平衡，功及流量的知識(shí)。