Question

19．如圖所示，是小明設計的水位自動報警器．塑料浮球重2N，當水位上升時塑料浮球隨之上升，并把上面的工字形物體推起，當水位達到報警水位時，金屬AB把電路連通，標有“6V  3W”的小燈泡正常發(fā)光，實施報警．已知電源電壓為8V不變．【C_水=4.2×10³J/（kg•℃）g=10N/kg】
求：
（1）浮球在如圖所示位置靜止時，浮球受到的浮力及浮球浸在水中的體積．
（2）當水位報警器報警時，金屬AB連入電路中的電阻．
（3）小燈泡正常發(fā)光5min消耗的電能可使100g  10℃的水溫度升高到多少℃？（計算結果保留1位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）知道塑料浮球的重力；根據(jù)漂浮條件即可求出受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理F_浮=ρ_水gV_排求出及浮球浸在水中的體積；
（2）當水位報警器報警時，金屬AB與燈泡串聯(lián)，由于燈泡正常發(fā)光，根據(jù)P=UI求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出；金屬AB兩端的電壓，最利用歐姆定律求出阻值．
（3）利用W=Pt求出消耗的電能，由于Q_吸=W，則利用Q_吸=cm（t-t₀）求水的末溫．

解答 解：（1）由于小球漂浮，所以F_浮=G=2N，
由F_浮=ρ_水gV_排得：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³；
（2）報警時，由于燈正常發(fā)光，
由P=UI得：I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
由串聯(lián)電路的電流和電壓特點可知：
I_AB=I_L=I=0.5A，U_AB=U-U_L=8V-6V=2V，
由I=$\frac{U}{R}$得：R_AB=$\frac{{U}_{AB}}{{I}_{AB}}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（3）W=Pt=3W×300s=900J，
Q=W=900J，
由Q_吸=cm（t-t₀）得：
t=t₀+$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=10℃+$\frac{900J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×0.1kg}$=12.1℃．
答：（1）浮球在如圖所示位置靜止時，浮球受到的浮力為2N，浮球浸在水中的體積為2×10^-4m³．
（2）當水位報警器報警時，金屬AB連入電路中的電阻為4Ω．
（3）小燈泡正常發(fā)光5min消耗的電能可使100g  10℃的水溫度升高到12.1℃．

點評 本題考查物體的漂浮條件、阿基米德原理、串聯(lián)電路的特點和熱量公式的應用，明確題干的條件，即可逐個解答．