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．
如图是一种煲汤用的电热锅工作原理图，调节切换开关可以使电热锅处于“关、高温、自动、保温”四种工作状态，其中控温器的作用是每当水沸腾后能自动断电一段时间，等锅内汤水温降低到一定温度后又能自动接通电路，继续对汤水加热．当电热锅处于保温状态时，由于发热电阻功率较小，不论通电多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，电热锅的部分参数如表所示，求：| 容积 | 4.5L |
| 额定电压 | 220V |
| 保温功率 | 80W |
| 加热功率 | 500W |
（2）该电热锅处于高温档正常工作42min时消耗多少电能？
（3）该电热锅处于高温档正常工作42min使4.5L的水温度升高54℃，那么电热锅的加热效率为多少？[c水=4.2×103J/（kg•℃）]．
如图所示，R1的电阻为10Ω，当开关S1断开，S2闭合时，电压表示数为2V；当闭合开关S1，断开S2时，电压表示数为6V，求：| A． | 施力物体不一定是受力物体 | |
| B． | 两个不接触的物体之间一定没有力的作用 | |
| C． | 物体不受力，运动状态一定不改变 | |
| D． | 物体运动状态不变，一定没有受到力的作用 |
| A． | 中学生跑800m所用时间为8min | B． | 一本物理课本的质量约为5kg | ||
| C． | 比较舒适的环境温度约为5℃ | D． | 教室门的高度约为2m |
如图所示，A物体质量为2kg，在力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动，物体运动了5m，弹簧测力计读数为5N，若不计绳与轮之间的摩擦和绳重，则A受地面的摩擦力为10N，拉力F做的功是50J．