Question

一種廁所的排便桶水箱結構如圖所示（圖中略去了向水箱中注水裝置）出水口上的橡膠蓋是空心的，放水時它漂浮在水面上，水從出口流出，如圖（a）所示，隨著水的流出，水面下降，直到橡膠蓋蓋住出水口，放水過程結束，注水過程中和注滿水后，橡膠蓋都蓋住出水口，如圖（b）所示．
（1）請你判斷，圖（a）空心橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力大小關系．
（2）請你說明，圖（b）中為什么橡膠蓋能緊緊地蓋住出水口而不浮起．
（3）這種裝置的一個重要特點是每次便桶都要用掉一箱水，為節約用水，請你對橡膠蓋做些改造，使得按下手柄時橡膠蓋抬起放水，放開手柄后橡膠蓋能立即蓋上出水口，停止放水．

Answer 1

解：（1）圖（a）中放水時空心橡膠蓋漂浮在水面上，所以它所受重力與浮力相等．
（2）圖（b）中注水過程和注滿水后橡膠蓋能緊緊蓋在出水口是因為橡膠蓋與出水口緊密接觸，此時橡膠蓋下部沒有水，不受水對它向上壓力，所以不受浮力，則在其自身重力和上部水向下壓力的作用下會蓋住出水口而不浮起．
（3）若要使放開手柄后橡膠蓋就立即蓋上出水口，橡膠蓋就要下沉，重力要大于浮力，因此要將橡膠蓋適當加重，如配重物，或在橡膠蓋內心部分注入沙粒等．
分析：（1）由橡膠蓋的狀態可知其所受力之間的關系；
（2）知道浮力產生的實質是下表面所受向上的壓力大于上表面所受向下的壓力，故當物體底部沒有液體時物體不受浮力；則可以解答．
（3）要想使橡膠蓋能放開手柄后立即蓋上出水口，應使橡膠蓋的重力增大，大于浮力后，即可立即下沉．
點評：本題考查應用物理知識分析解決實際問題，要注意通過分析受力尋找合適的物理規律．