Question

【題目】圖甲是某型號(hào)的抽水馬桶水箱進(jìn)水控制裝置的示意圖，浮子是有上底無(wú)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(jì)，浮子通過(guò)孔套在直桿上，并與調(diào)節(jié)螺母緊密相連，手動(dòng)上下移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母，可以使浮子的位置隨之上下移動(dòng)，輕質(zhì)細(xì)桿AB可繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，A端與直桿底端相連，B端裝有塞子，當(dāng)水箱的進(jìn)水孔進(jìn)水，水面接觸到浮子下端后，浮子內(nèi)的空氣開(kāi)始被封閉壓縮，隨著水位繼續(xù)上升，浮子上升帶動(dòng)直桿向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)水位上升到一定高度，AB桿處于水平位置時(shí)，塞子壓住進(jìn)水孔，進(jìn)水孔停止進(jìn)水．
（1）為測(cè)出浮子上底面的面積，給你刻度尺、量筒和水，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn) ①將浮子倒置后，用刻度尺測(cè)出浮子內(nèi)的深度h
②將浮子裝滿水，；
③ 浮子上底面的面積表達(dá)式：S上=（用所測(cè)量物理量的符號(hào)表示）
（2）若浮子上升的過(guò)程中內(nèi)部被封閉的空氣不泄露，用上述方法測(cè)得的浮子上底面的面積為10cm2 ， 外界大氣壓為1.0×105Pa，浮子、直桿、細(xì)桿AB、塞子的重力及所受浮力均不計(jì)，忽略所有摩擦，當(dāng)進(jìn)水孔停止進(jìn)水時(shí)，浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為外界大氣壓強(qiáng)的1.2倍，求此時(shí)： ①浮子上底面所受內(nèi)外氣體壓力差為多大？
②OA長(zhǎng)6cm，OB長(zhǎng)4cm，塞子受到水的壓力為多大？
（3）科學(xué)研究表明，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，其壓強(qiáng)與體積成反比，當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過(guò)大時(shí)，塞子被沖開(kāi)，水箱內(nèi)的水位超過(guò)一定高度，會(huì)使水溢出，若通過(guò)移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母的方法保證馬桶正常使用，應(yīng)如何移動(dòng)調(diào)節(jié)螺母．

Answer 1

【答案】
（1）利用量筒測(cè)出浮子里面水的體積V；
（2）解：①已知浮子內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p=1.2p0，

則浮子內(nèi)外氣體壓強(qiáng)差：△p=p﹣p0=1.2p0﹣p0=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×10×10﹣4m2=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(guò)孔套在直桿上，則浮子對(duì)直桿A端向上的作用力為FA=△F=20N，

以細(xì)桿AB為研究對(duì)象，AB處于水平位置時(shí)，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

（3）解：當(dāng)進(jìn)水孔的水壓過(guò)大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)向下移動(dòng)螺母，減小浮子內(nèi)部氣體的體積，使浮子內(nèi)部的壓強(qiáng)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(duì)水的壓力就變大，則塞子就不容易沖開(kāi)
【解析】解：（1）測(cè)浮子上底面的面積的步驟：①將浮子倒置后，用刻度尺測(cè)出浮子內(nèi)的深度h②將浮子裝滿水，利用量筒測(cè)出浮子里面水的體積V；③根據(jù)V=Sh可得，浮子上底面的面積表達(dá)式S上= ．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了杠桿的平衡條件和大氣壓強(qiáng)的存在的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，需要掌握杠桿平衡：杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，稱為杠桿平衡．杠桿平衡是力和力臂乘積的平衡，而不是力的平衡．杠桿平衡的條件：動(dòng)力 ×動(dòng)力臂 = 阻力 ×阻力臂即：F1 L1 = F2 L2可變形為 ：F1 / F2 = L1 / L2；像液體一樣，在空氣的內(nèi)部向各個(gè)方向也有壓強(qiáng)，這個(gè)壓強(qiáng)叫做大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱大氣壓． 大氣壓具有液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)．馬德堡半球?qū)嶒?yàn)是證明大氣壓存在的著名實(shí)驗(yàn)，托里拆利實(shí)驗(yàn)是測(cè)定大氣壓值的重要實(shí)驗(yàn)才能正確解答此題．