Question

15岁的小明和爸爸妈妈一起去某古镇旅游时，发现了一处“酿洒作坊”，还在酿造某种当地特产的白酒．作坊里的一些装置（如图1所示）引起了她的好奇心．导游介绍说这个装置名为“木榨”，将事先经过浸泡、蒸煮、发酵的糯米和水的混合物（称为“酒醪”）装入绢袋，再放入右侧的榨箱内（榨箱下面铺有竹帘），盖上压板和砧木，将横梁的一端卡在右边立架的F点，用E点压住砧木，左端的D点被一根竖直的木条与下面的木架AC的B点连接起来，然后在本架左边的A处木板上放上沉重的石条来施加持续的压力，就可以将酒醪中的液体压榨出来．他站在木榨侧面正对着木榨拍下了此照片，回到家后用刻度尺测量了照片上的一些尺寸，如图1（单位：mm）．

（1）他当时用自己的手测测了旁边放置的石条，每块宽约1拃（1“柞”为尽力伸开手掌后，拇指尖到中指尖的距离），长约为2拃加一掌宽，厚约为一掌宽，他还查阅了石头的密度，发现各种石头的密度一般不同，就选了其中一种石头密度值ρ=2.7×l0³kg/m³；根据这些数据估算每块石条的质量，进而估算当在A处增加5块石条时，砧木受到的压力的增加量．
（2）在酒坊另一个角落，有两个用粗管连接的圆柱形容器．如图甲所示，上面分别写着“蒸馏锅”和“冷却池”．将压榨出的酒液放入蒸馏锅内，将上盖密封后，在底部用柴火加热；从冷却池的上方可以看到，池内的水中浸泡着一段螺旋状的管道，外壁分别接有两个水管和一个出酒管，如图乙所示．冷却池里的管道为什么要做成这种形状？
（3）试分析冷水应该从冷却池的A、B哪个口进入，为什么？
（4）从冷却池出酒口流出的酒液和蒸馏锅内剩下的液体相比，哪个的密度大？为什么？

Answer 1

分析：（1）求出每块石条的体积，利用m=ρV求每块石条的质量、重力；进而可得左端受到压力的增加量；
由图知，各力臂的大小（AC、BC、DF、EF的大小），根据杠杆平衡条件可得B（或D）点受到的拉力的增加量、砧木受到的压力的增加量；
（2）增大接触面积可以加快热传递，便于管内气体快速液化；
（3）根据热对流的方向分析：热的密度小、上升，冷的密度大、下降；
（4）酒精的密度小于水的密度，从冷却池出酒口流出的酒液主要是酒精，而蒸馏锅内的液体主要是水和酒精，据此比较密度关系．

解答：解：
（1）每块石条的体积约为：V=0.5m×0.2m×0.1m=0.01m³；
∵ρ=

m

V

，
∴每块石条的质量：
m=ρV=2.7×10³kg/m³×0.01m³=27kg，
左端受到压力的增加量：
△F_A=5G=5mg=5×27kg×10N/kg=1350N，
由图知，AC=39mm+13mm=52cm，BC=13mm，
DF=45mm+15mm=60mm，EF=15mm，
B（或D）点受到的拉力的增加量：
△F_D=△F_B=

AC

BC

△F_A=

52mm

13mm

×1350N=5400N，
砧木受到的压力的增加量：
△F_E=

DF

EF

×△F_D=

60mm

15mm

×5400N=21600N；
（2）增大热传递的面积，有利于管内气体放热液化；
（3）热水密度小于冷水的密度，会自动上升到冷却池的上部，随冷水的进入先被顶出，温度较低的水留在冷却池内，有利于继续吸热；所以要让冷水从下方的B口进入，热水从上方A口流出，
（4）因为蒸馏锅内的物质主要是水和酒精，在蒸馏的过程中，从锅内汽化的成分中，密度较小的酒精的比例要大于锅内剩余液体中酒精的比例，而酒精的密度比水小．所以蒸馏锅内的液体密度大．
答：（1）当在A处增加5块石条时，砧木受到的压力的增加量为21600N；
（2）增大热传递的面积，有利于管内气体放热液化；
（3）（4）答案同上．

点评：本题考查了学生对密度公式、杠杆平衡条件的掌握和运用，还涉及到液化、对流等知识，通过学过的物理知识解释了旅游途中的疑难，真正体现了学以致用，有意义！