Question

【題目】圖甲是某型號的抽水馬桶水箱進水控制裝置的示意圖，浮子是有上底無下底的圓柱形容器，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，浮子通過孔套在直桿上，并與調(diào)節(jié)螺母緊密相連，手動上下移動調(diào)節(jié)螺母，可以使浮子的位置隨之上下移動，輕質(zhì)細桿AB可繞O點旋轉(zhuǎn)，A端與直桿底端相連，B端裝有塞子，當(dāng)水箱的進水孔進水，水面接觸到浮子下端后，浮子內(nèi)的空氣開始被封閉壓縮，隨著水位繼續(xù)上升，浮子上升帶動直桿向上運動，當(dāng)水位上升到一定高度，AB桿處于水平位置時，塞子壓住進水孔，進水孔停止進水．

（1）若浮子上升的過程中內(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、細桿AB、塞子的重力及所受浮力均不計，忽略所有摩擦，當(dāng)進水孔停止進水時，浮子內(nèi)的氣體壓強為外界大氣壓強的1.2倍，已知：OA長6cm，OB長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，其壓強與體積成反比，水壓過大時，塞子被沖開， 水箱內(nèi)的水位超過一定高度，會使水溢出，若通過移動調(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p＝1.2p0，則浮子內(nèi)外氣體壓強差：△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,由于浮子通過孔套在直桿上,則浮子對直桿A端向上的作用力為FA＝△F＝20N，

以細桿AB為研究對象，AB處于水平位置時，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)進水孔的水壓過大時，應(yīng)適當(dāng)向下移動螺母，減小浮子內(nèi)部氣體的體積，使浮子內(nèi)部的壓強變大，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水的壓力就變大，則塞子就不容易沖開。