Question

一種供牲畜飲水的裝置如圖所示．其工作原理是：底蓋A平時(shí)頂住水箱底部出水口，一旦飲水槽的水位下降，底蓋A就落下，水立即從出水口流入飲水槽，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水．已知水箱底部出水口的橫截面積為20cm²，底蓋A、細(xì)桿B和浮球C的總質(zhì)量為0.8kg，浮球C的體積為2dm³，飲水槽水位最高時(shí)浮球C恰好浸沒．g取10N/kg，求：

（1）浮球C受到的最大浮力是多少？
（2）為保障飲水槽中的最高水位不變，往水箱中蓄水時(shí)，水箱中的水位最高為多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）已知浮球完全浸沒后的體積，根據(jù)公式F_浮=ρgV_排可求浮球C受到的最大浮力；
（2）先求底蓋、細(xì)桿和浮球C的總重；再求水箱中的水位最高時(shí)，水對底蓋的壓力；根據(jù)以上關(guān)系列出等式，從而求出水的深度．
解答：解：（1）浮球C浸沒在水中時(shí)，所受的浮力最大為F_浮=ρ_水gV_C=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2×10^-3m³=20N；
答：浮球C受到的最大浮力是20N；
（2）以底蓋、細(xì)桿和浮球C整體為研究對象，其總重為G=mg=0.8kg×10N/kg=8N；
設(shè)水箱中的水位最高時(shí)，水對底蓋的壓力為F，則對研究對象
有：F+G=F_浮，F(xiàn)=F_浮-G=20N-8N=12N；
設(shè)水箱中的最高水位為h，據(jù)F=pS=ρ_水ghS
則h===0.6m．
答：水箱中的水位最高為0.6m．
點(diǎn)評：本題考查浮力、壓力和深度的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用；難點(diǎn)是對物體的受力分析；解題過程中要注意單位的換算．