Question

如图为某坐便器的结构示意图．已知浮筒的重力为2N，一般情况下浮筒对进水阀门施加竖直向上为4N的力时进水管就停止向水箱注水．排水阀上表面呈圆形，面积为50cm²，通过细线与冲水扳手相连．（g=10N/kg）
（1）坐便器具有防臭的优点是因为桶身和排水管构成了一个______的缘故．
（2）当排水阀处于30cm深处时，它受到水的压力为多少？（请写出必要的计算过程）
（3）进水管停止向水箱注水时，浮筒浸入水中的体积为多少？（请写出必要的计算过程）

Answer 1

【答案】分析：（1）据图分析坐便器具有防臭的原因是由于其下面有一个U型管，即联系连通器的原理分析即可；
（2）对于液体内部的压力的计算方法是：先利用公式P=计算液体内部的压强，而后再据公式F=PS计算即可．
（3）浮筒的重力为2N，一般情况下浮筒对进水阀门施加竖直向上为4N的力时进水管就停止向水箱注水，所以据此做受力分析可得出，此时浮筒所受的浮力是6N，而后据阿基米德原理进行计算即可．
解答：解：（1）据图能看出，此时坐便器的U型管中的液体是：上端开口，下部连通，故符合连通器的特点，故该装置实际上就是一个连通器．
（2）此时水对阀门的压强是：P=ρgh=1000kg/m³×10N/kg×0.3m=3000Pa；
故此时阀门所受的压力为F_压=pS=3000Pa×50×10^-4N=15N；
（3）进水管停止向水箱注水时，浮力至少为F_浮=G_筒+F=2N+4N=6N；
故据阿基米德原理知，浮筒浸在水中的体积为
==6×10^-4m³．
答：（1）坐便器具有防臭的优点是因为桶身和排水管构成了一个连通器的缘故．（2）当排水阀处于30cm深处时，它受到水的压力为15N．（3）进水管停止向水箱注水时，浮筒浸入水中的体积为6×10^-4m³．
点评：本题考查了连通器的理解及液体压强、液体压力和浮力的相关计算，本题关键是公式及其变形的灵活运用，难点是对物体受力的分析和阿基米德原理的应用．