题目内容

10.在学校科技月活动中,科技小组的同学设计了一个小型锅炉,其部分结构如图所示.下面是对锅炉结构的介绍:调控水箱高1.5m,其中带有浮球C的横杆ODC(C为浮球的中心)能绕O点转动,DC=28cm,OD=2cm;“T”型阀门B下部不计粗细的直杆与ODC杆相连,ODC杆处于水平时阀门B堵住进水口;圆柱体A是锅炉的安全阀,其底面积为10cm2,加热过程中安全阀堵住出气孔,调控水箱与锅炉体始终连通,当锅炉内气压超过1.2×105Pa时,圆柱体A被顶起,排出部分蒸汽.已知外界大气压为1.0×105Pa,不考虑阀门B、横杆OC及浮球受到的重力,g取10N/kg.根据以上介绍和已知条件解决下列问题
(1)为保护锅炉安全,圆柱体A的重力不能超过多少;
(2)若“T”形阀门B受到向下的压力为30N,ODC杆处于水平平衡,此时浮球C浸入水中体积是多少;
(3)按照这个设计,在锅炉加热后,将出现一些问题,请你通过计算说明.

分析 (1)以A为研究对象,对其进行受力分析,根据公式p=$\frac{F}{S}$及力的平衡知识分析即可;
(2)根据杠杆的平衡条件求出球所受浮力,从而可得球浸入水中的体积;
(3)锅炉内气压增高,水将会被压入调控水箱,无法注水.

解答 解:(1)以圆柱体A为研究对象,A刚好被顶起时,G+F大气=F气
由p=$\frac{F}{S}$得,F=pS,设圆柱体A的横截面积为S,
则mg+p0S=pS
m=$\frac{(p-{p}_{0})S}{g}$=$\frac{(1.2-1.0)×1{0}^{5}Pa×10×1{0}^{-4}{m}^{2}}{10N/kg}$=2.0kg,
所以G=mg=2.0kg×10N/kg=20N;
(2)“T”形阀门B受到向下的压力为30N,ODC杆处于水平平衡,根据杠杆的平衡条件:
F•OD=F浮•OC
F浮=$\frac{F•OD}{OC}$=$\frac{30N×2cm}{28cm+2cm}$=2N;
由F浮=ρ液gV排得,球浸入水中的体积:
V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10-4m3;
(3)由于加热过程中调控水箱与锅炉体始终是连通的,随着锅炉内温度的升高,锅炉内水面上方气压升高,当气压升高到1.2×105Pa时,导致锅炉内水被压入调控水箱,由p=ρ液gh得,使调控水箱表面的水比炉体内水高:
△h=$\frac{△p}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.2×1{0}^{5}Pa}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2m,
使得阀门B不能打开,无法继续注水.
答:(1)为保护锅炉安全,圆柱体A的重力不能超过20N;
(2)若“T”形阀门B受到向下的压力为30N,ODC杆处于水平平衡,此时浮球C浸入水中体积是2×10-4m3;
(3)按照这个设计,在锅炉加热后,阀门B不能打开,无法继续注水.

点评 本题是有关锅炉的工作原理问题,主要考查了力的平衡、压强公式、浮力公式及杠杆平衡条件的应用,关键能够读懂题意,理解锅炉的工作原理.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网