题目内容
图10-6是一种牲畜饮水用自动装置的示意图。水箱底部有一出水孔，底盖A甲时顶住水箱的出水孔。一旦饮水槽水位下降，浮球C受到的浮力减小，底盖A打开，水就通过出水孔从水箱流入饮水槽。设计水箱的最高水位60cm。水箱出水孔横截面积是30cm2。底盖A及竖杆B的总质量是400g，浮球c的质量是600g，体积是2dm3，g取10N/kg。
（1）写出此装置应用到的物理知识(至少写出2条)；
（2）通过计算说明，这个自动装置在水箱蓄满水时能否正常工作；
（3）若能正常工作，请分析说明影响此自动装置能否正常工作的因素；若不能正常工作，请提出使该自动装置正常工作的改进方案。
（1）此装置应用了压强、浮力、连通器、力的平衡等物理知识。
（2）以ABC为一整体进行受力分析
ABC整体受到重力、水箱及其中的水向下的压力和向上的浮力。
当浮球受到的向上的浮力大于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力时，底盖A会顶住水箱的出水孔，不再有水从水箱流入饮水池。
底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力
G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N
水箱中蓄满水时，由公式p=ρgh及p=F/S得
水箱中的水对底盖A向下的压力
F=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m×30×10-4m2=18N
由阿基米德原理，可得浮球受到的最大浮力
F浮m=ρ水gV排m=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N
因为在水箱中蓄满水时，浮球受到的最大浮力（20N ）小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力（10N + l8N = 28N ) ，所以,这个自动装置在水箱蓄满水时不能正常工作。
（3）第一种情况：从上述计算过程可以看出，该自动装置能正常工作的条件是要保证浮球受到的向 上的浮力不小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖Ａ向下的压力的合力，因此浮球受到的重力（质量）；浮球的体积；底盖Ａ和竖杆B受到的重力；出水孔横截面积的大小等都是影响此自动装置能否正常工作的因素。
第二种情况：要使这个自动装置在水箱蓄满水时仍能正常工作，可以采取的改进措施有： ① 适当减小出水孔的横截面积； ② 适当降低水箱蓄满水时的水位高度； ③ 保持浮球质量不变的情况下，适当增大浮球的体积； ④ 在保持浮球体积不变的情况下，适当减小浮球的质量。
