如图为某厕所自动冲水装置,浮筒A是边长为20cm的正方体,质量为3kg,盖片B的表面积为80cm2,厚度不计,连接AB的是长为30cm,体积和质量都不计的硬杆.当供水管流进水箱的水恰好浸没浮筒A时,盖片B被拉开,水通过排水管流出冲洗厕所.(g取10N/kg)
(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水对盖片B的压力是多少?
(2)盖片B的质量是多少?
(3)当水箱的水有多深时,盖片将自动合上?
网友回答
解:(1)P=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.5m=5×103Pa,
FB=PSB=5×103Pa×80×10-4m2=40N;
答:水对盖片B的压力是40N.
(2)浮筒A所受的浮力FA=ρ水gVA=1000kg/m3×10N/kg×0.23m3=80N.
根据题意有FA=mAg+mBg+FB,
所以盖片B的质量是mB===1kg,
答:盖片B的质量是1kg;
(3)设浮筒A浸入水中的深度为h时盖片自动盖住管口,
则此时A受到的浮力为:FA浮′=ρ水gVA排=0.04m2?ρ水gh,
根据题意有:FA浮′=mAg+mBg,
即:0.04m2?ρ水gh=mAg+mBg,
∴h===0.1m=10cm,
水深为30cm+10cm=40cm.
答:当水箱中的水深40cm时,盖片B又自动关上.
解析分析:(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水的深度为浮筒边长和AB长的和,可利用P=ρ水gh计算出水对盖片B的压强,再利用公式F=PS算出水对盖片B的压力;
(2)当供水管流进水箱的水刚好浸没浮筒A时,盖片B被拉开,此时盖片B下无水,盖片只受到水向下的压力所以浮筒A受到的浮力等于A的重力、B的重力、B受到水向下的压力的和.先利用公式F浮=ρ水gV排求出A受到的浮力,再利用浮力等于A的重力、B的重力、B受到水向下的压力的和可求得的盖片B的质量;
(3)当浮筒A受到浮力等于A的重力、B的重力的和时,盖片B会自动关上.可设出浮筒A浸入水中的深度,利用浮筒A受到浮力等于A的重力、B的重力的和的等量关系求出水的深度.
点评:本题考查压力、质量、浮力、深度以及液体压强的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是对物体受力的分析和水箱中水的深度的计算.