Question

如圖所示的活塞式抽水機從井中打水．若井中水面到活塞的距離約為5m，活塞的橫截面積為80cm²，已知力臂L₂=12cm，OA長50cm．（不計活塞連桿和柄的重力，不計活塞與圓筒的摩擦，大氣壓取10⁵Pa） 
（1）圖中柄AOB實際上是一個______杠桿（填“等臂”“省力”或“費力”），小明想用最小的動力作用在杠桿AOB上把水壓出，請在圖中A處畫出動力F₁的方向．
（2）要使該活塞式抽水機抽出水，小明作用在A處的最小動力F₁至少為______N．
（3）活塞式抽水機在工作前，需向圓筒內灌入幾杯水，這樣的目的是______；活塞式抽水機工作過程如下圖所示，合理的順序是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）結合圖片和生活經驗，判斷杠桿在使用過程中，動力臂和阻力臂的大小關系，再判斷它是屬于哪種類型的杠桿．根據杠桿平衡條件，當阻力和阻力臂一定時，動力臂最長時，動力最小．
（2）根據杠桿平衡條件可求出最小動力F₁；
（3）根據活塞式抽水機是利用大氣壓來工作的，可知活塞式抽水機在工作前，需向圓筒內灌入幾杯水的目的；根據活塞式抽水機工作過程可知合理的順序．
解答：解：（1）杠桿AOB在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿；
根據杠桿平衡條件，當阻力和阻力臂一定時，動力臂最長時，動力最小．由圖可知最長動力臂是OA，這樣作一個力與OA垂直，這個力的力臂就是OA，這個力就是最小力F₁．如圖：
（2）阻力F₂=PS=10⁵Pa×80×10^-4m²=800N；
根據杠桿平衡條件：F₁×L₁=F₂×L₂，
F₁===192N；
（3）因為活塞式抽水機是利用大氣壓來工作的，所以活塞式抽水機在工作前，需向圓筒內灌入幾杯水，將里面空氣排出，同時增加活塞與圓筒密閉性，當活塞上移時，活塞下邊才能出現真空，這樣大氣壓才能把水壓入圓筒；所以活塞式抽水機工作過程是：先向圓筒內灌入幾杯水，將里面空氣排出，活塞上移，閥門A關閉，活塞出現真空，水沖開閥門B進入圓筒，然后活塞下移，閥門B關閉，水沖開閥門A進入到活塞上面，然后活塞上移，閥門A關閉，活塞出現真空，水沖開閥門B進入圓筒，活塞上面的水進入出水管，所以合理的順序是丙甲乙．
故答案為：（1）省力；動力F₁的方向如圖；（2）192；（3）排出空氣，增加密閉性；丙甲乙．
點評：本考查的知識面比較廣，有杠桿的分類，應用杠桿平衡條件進行計算，抽水機原理等，大都是基本內容，比較簡單．