Question

如图是常见的厕所自动冲水装置原理图，水箱内有质量m₁=0.4kg，体积V=3×10^﹣3m3的浮筒P，另有一厚度不计，质量m₂=0.2kg，面积S=8×10^﹣3m2的盖板Q盖在水箱底部的排水管上．用细线将P、Q连接，当供水管流进水箱的水使浮筒刚好完全浸没时，盖板Q恰好被拉开，水通过排水管流出冲洗厕所．当盖板Q恰好被拉开的瞬间，求（g=10N/kg）
（1）浮筒受到的浮力大小；
（2）细线对浮筒P的拉力大小；
（3）水箱中水的深度．

Answer 1

（1）浮筒受到的浮力大小为30N；（2）细线对浮筒P的拉力大小为26N；（3）水箱中水的深度为0.3m

解：
（1）浮筒P排开水的体积：
V_排=V=3×10^﹣3m3，
浮筒P所受的浮力：
F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×3×10^﹣3m3=30N；
（2）∵F_浮=G_P+F_拉
∴F_拉=F_浮﹣G_P=30N﹣0.4kg×10N/kg=26N；
（3）∵盖板Q恰好被拉开，
∴G_盖+F_压=F_拉=26N，
F_压=F_拉﹣G_盖=26N﹣0.2kg×10N/kg=24N，
∵F_压=pS=ρghS，
∴h===0.3mm