(2005?烟台)图是一种厕所水箱结构.
进水阀与浮简相连,它们可以沿着滑杆上、下自由滑动,当水箱中的水位下降时,浮筒所受浮力减小,进水阀随浮筒一起下降,进水口打开,水箱开始注水(图甲).随着水位上升,浮筒所受浮力增大.当水位上升到一定高度,进水阀随浮筒向上移动最终封住出水口(图乙).
排水阀是一个空心橡胶盖,放水时它漂浮在水中,随着水的排出,水面降低橡胶盖封住排水口,排水过程结束.注水过程中和注满水后,橡胶盖都盖住排水口.
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(1)浮筒的最小体积是工程师设计时要考虑的重要参数,为此需要知道和测量哪些物理量?用字母表示各物理量,推导出浮筒最小体积的表达式.生产厂家实际制造中,浮筒的体积与你计算的结果关系怎样?为什么?
(2)排水过程中橡胶盖所受浮力及重力有什么关系?它为什么能封住排水口而不浮起?
(3)这个装置的一个重要缺点是每次冲刷要放掉一箱水,请你对橡胶盖进行改造,使按下扳手,橡胶盖抬起放水,放下扳手,橡胶盖盖上排水口停止放水.