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精英家教网某校初三(2)班教室里有一部GB-05型台式饮水机,其结构剖面示意图如下.控水槽中浮体A与阀门C固定相连,起初浮体A恰好浸没时阀门C关闭;A未浸没时C略有下降,使桶内水流入控水槽.已知阀门C的横截面积为1.0cm2,不计大气压强,g取10N/kg.则:
(1)不计浮体A及阀门C的重力,阀门C刚关闭时,浮体A及阀门C这一整体在哪两个力的作用下平衡?如果浮体A的体积为45cm3,为使控水槽内保持一定水位,水桶内的水至多有多高?
(2)若浮体A及阀门C的重力不能忽略且为0.1N,水桶内装有深为40cm的水,为使控水槽内保持一定的水位,浮体A的体积至少为多大?
分析:此题对浮体A与阀门C受力分析可知,它们受到纯净水对C的压力以及控水槽对A的浮力,根据阿基米德原理求出浮力,利用液体压强的计算公式,可求出水的高度;根据液体压强的计算公式,求出浮力的大小,利用F浮=ρ液gV排,可求出A的体积.
解答:解:(1)不计浮体A及阀门C的重力,它们受到纯净水对C的压力以及控水槽对A的浮力,阀门C刚关闭时A和C在上方水的压力和下方浮子受到的浮力作用下平衡;
它们受到的浮力 F=ρ液gV排=1.0×103Kg/m3×10N/kg×45×10-6m3=0.45N
水对C的压强P=
F
S
=
0.45N
1×10-4m2
=4500Pa
水桶内水的高度h=
P
ρg
=
4500Pa
1.0×103kg/m3×10N/kg
=0.45m
(2)40cm的水产生的压强P=ρgh=1.0×103Kg/m3×10N/kg×0.4m=4000Pa
C受到的压力F=PS=4000Pa×10-4m2=0.4N
浮体A受到的浮力F=0.4N+0.1N=0.5N
浮体A的体积V=
F
ρg
=
0.5N
1.0×103kg/m3×10N/kg
=0.5×10-4m3=50cm3
答:(1)A和C在上方水的压力和下方浮子受到的浮力作用下平衡.为使控水槽内保持一定水位,水桶内的水至多有45cm;
(2)为使控水槽内保持一定的水位,浮体A的体积至少50cm3
点评:物体受到向下的压力以及向上的浮力,要使物体平衡,则两力相等.
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