Question

18．近年来，在宾馆、厂矿、医院、学校等单位使用全自动不锈钢电热开水器（外型如图1所示）越来越普遍．原因是它具有自动控水、自动测温、自动控温、热效率高、安全卫生、使用方便等优点．某电热开水器说明书上的铭牌如表：

功率	2kW		容量	22.6升
额定电压	220V		水咀数	1
重量	16kg		外形尺寸（cm）	42×29×69.5

它的机械部分结构如图2所示，当容器内水面上升时，浮力球也随之上升，通过连杆推动活塞向左活动（如图3），当水位到达一定位置时，活塞关闭进水口，停止进水；当容器内水量不足时，水面下降，浮力球随之下降，连杆带动活塞向右运动，进水口打开，向容器内进水．

（1）浮力球上升推动活塞向左移动是利用杠杆平衡原理来工作的．
（2）根据所给数据，计算该电热开水器电热管的电阻是多少欧？
（3）若在进水口处水的压强为4×10⁴Pa，活塞的横截面积为3.0×10^-4m²，试计算由于浮力球产生浮力，使活塞至少达到多少牛向左的力才能正好堵住进水口的水？

Answer 1

分析 （1）分析浮力球上升推动活塞向左移动的过程得出利用的原理；
（2）知道电热开水器的功率和额定电压，利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求电热开水器电热管的电阻；
（3）知道进水口处水的压强、活塞的横截面积，利用F=pS可求水对活塞的压力，该压力等于杠杆对活塞向左的压力，即所求．

解答 解：
（1）由图3可知，当容器内水面上升时，浮力球也随之上升，通过连杆推动活塞向左活动，这里的连杆是一杠杆，利用的是杠杆平衡原理；
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得电热开水器电热管的电阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{2000W}$=24.2Ω；
（3）由p=$\frac{F}{S}$得水对活塞的压力：
F=pS=4×10⁴Pa×3.0×10^-4m²=12N，
所以使活塞至少达到12N向左的力才能正好堵住进水口的水．
故答案为：（1）杠杆；
（2）该电热开水器电热管的电阻是24.2Ω；
（3）由于浮力球产生浮力，使活塞至少达到12N向左的力才能正好堵住进水口的水．

点评 本题通过电热开水器考查了学生对杠杆平衡原理、电功率公式和压强公式的了解与掌握，本题关键是认真审题，从表中得出有用的相关信息，灵活利用相关公式解题．