Question

如圖為某坐便器的結構示意圖．已知浮筒的重力為2N，一般情況下浮筒對進水閥門施加豎直向上為4N的力時進水管就停止向水箱注水．排水閥上表面呈圓形，面積為50cm²，通過細線與沖水扳手相連．（g=10N/kg）
（1）坐便器具有防臭的優(yōu)點是因為桶身和排水管構成了一個______的緣故．
（2）當排水閥處于30cm深處時，它受到水的壓力為多少？（請寫出必要的計算過程）
（3）進水管停止向水箱注水時，浮筒浸入水中的體積為多少？（請寫出必要的計算過程）

Answer 1

【答案】分析：（1）據圖分析坐便器具有防臭的原因是由于其下面有一個U型管，即聯系連通器的原理分析即可；
（2）對于液體內部的壓力的計算方法是：先利用公式P=計算液體內部的壓強，而后再據公式F=PS計算即可．
（3）浮筒的重力為2N，一般情況下浮筒對進水閥門施加豎直向上為4N的力時進水管就停止向水箱注水，所以據此做受力分析可得出，此時浮筒所受的浮力是6N，而后據阿基米德原理進行計算即可．
解答：解：（1）據圖能看出，此時坐便器的U型管中的液體是：上端開口，下部連通，故符合連通器的特點，故該裝置實際上就是一個連通器．
（2）此時水對閥門的壓強是：P=ρgh=1000kg/m³×10N/kg×0.3m=3000Pa；
故此時閥門所受的壓力為F_壓=pS=3000Pa×50×10^-4N=15N；
（3）進水管停止向水箱注水時，浮力至少為F_浮=G_筒+F=2N+4N=6N；
故據阿基米德原理知，浮筒浸在水中的體積為
==6×10^-4m³．
答：（1）坐便器具有防臭的優(yōu)點是因為桶身和排水管構成了一個連通器的緣故．（2）當排水閥處于30cm深處時，它受到水的壓力為15N．（3）進水管停止向水箱注水時，浮筒浸入水中的體積為6×10^-4m³．
點評：本題考查了連通器的理解及液體壓強、液體壓力和浮力的相關計算，本題關鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是對物體受力的分析和阿基米德原理的應用．