廁所水箱問題.doc

廁所水箱問題一1.公共廁所自動沖洗用的水箱里有一圓柱形浮筒P，出水管口有一個圓片形蓋子a，兩者用短鏈相連，如圖所示。若水箱的深度足夠，要實(shí)現(xiàn)自動定時沖洗（ ）A. 只要浮筒P的體積足夠大B. 只要浮筒P的質(zhì)量足夠小C. 蓋子a必須比浮筒輕D. 浮筒P的橫截面積必須大于蓋子a的面積思路點(diǎn)撥：要實(shí)現(xiàn)自動定時沖洗，即要在一定的時候自動地將蓋子口提起，提起蓋子a，靠的是連接浮筒P和蓋子a的繩的拉力，以F表示這一拉力的大小以GP和Ga分別表示浮筒P的重力和蓋子口的重力，以SP和Sa分別表示浮筒的截面積和蓋子的上表面積，設(shè)浮筒浸入水中的深度為hP，浮簡底部和蓋子上表面間的高度差為 l，則浮筒受到的浮力大小為F=水SP hPg由浮筒的受力平衡條件可得連接浮筒和蓋子的繩的拉力大小為F=F一GP水箱中水對蓋子口的壓力大小為F”水g（hP十l）Sa力F要能將蓋子提起，顯然應(yīng)有FF”+Ga 即應(yīng)有 F一GPF”+Ga即 水SPhPg水(hP+l)Sag+GP+Ga水(SP一Sa)hPg水lSag十GP+Ga上式中除(SP一Sa)外，其余各項都為正值，故只要有SP一Sa0，則當(dāng)hP逐漸增大時，總可以使上式得到滿足，即使式成立，可見能實(shí)現(xiàn)自動沖水的條件是SPSa答案：D廁所水箱問題二1.一種廁所便桶水箱結(jié)構(gòu)如圖（圖中略去了向水箱中注水的裝置）。出水口上的橡膠蓋是空心的，放水時它漂浮在水面上，水從出水口流出，如圖(a)。隨著水的流出，水面降低，直到橡膠蓋蓋住出水口，放水過程結(jié)束。注水過程中和注滿水后，橡膠蓋都蓋住出水口，如圖(b)。1請你判斷，圖(a)中空心橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力大小有什么關(guān)系。2請你說明，圖(b)中為什么橡膠蓋能緊緊地蓋在出水口而不浮起。3這種裝置的一個重要缺點(diǎn)是，每次沖便桶都要用掉一箱水。為節(jié)約用水，請你對橡膠蓋做些改造，使得按下手柄時橡膠蓋抬起放水，放開手柄后橡膠蓋能立即蓋上出水口，停止放水。答案：1.圖(a)中，水從出水口流出時，橡膠蓋漂浮在水面上，顯然此時橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力是相等的2圖(b)中，橡膠蓋和出水口緊密接觸了，此時橡膠蓋的下部沒有水而上部有水，橡膠蓋受到水對它的向下的壓力，卻幾乎不受水對它的從下向上的壓力，所以橡膠蓋不受浮力，則它在其自身重力和上部水的壓力作用下，會緊壓出水口而不可能浮起3若要放開手柄后橡膠蓋就能立即蓋上出水口，即要使如圖(a)放水時，橡膠蓋不能浮在水面上，即要求其重力應(yīng)大于其可能受到的浮力因此，只需將橡膠蓋適當(dāng)加重即可例如，在橡膠蓋上打孔，填人砂?；蛘咴谙鹉z蓋上加重物使它們所受到的總重力大于它們完全浸沒入水中時所受到的浮力廁所水箱問題三廁所的坐便器在沖水之后由自來水自動上水，當(dāng)水箱內(nèi)的水達(dá)到一定深度時，浮標(biāo)帶動杠桿壓住進(jìn)水口，停止上水（圖）。有一種水箱的浮標(biāo)，形狀是中間有隔斷的圓柱體，隔斷的中部有小孔通過塑料管連在一個閥門上（圖）。閥門安裝在便器坐圈的下面，平時是閉合的，當(dāng)坐圈落在便器上并受到壓力時閥門打開，塑料管與大氣相通。 （1）說出這種設(shè)計的目的。 （2）說出這種設(shè)計的工作原理，特別要指出在什么地方用到了什么物理知識。 答案:(1)這一設(shè)計的目的是為了節(jié)約用水 (2)這種設(shè)計的工作原理是：閥門不打開時，圓柱形浮標(biāo)內(nèi)部的空氣不會逸出，浮標(biāo)排開水較多，水箱中水面上升較少(此時水箱中水也就較少)就能浮起，浮標(biāo)即帶動杠桿壓住進(jìn)水口；閥門打開時，圓柱形浮標(biāo)內(nèi)的空氣與外界相通，水可以進(jìn)入圓柱體內(nèi)部，圓柱形浮標(biāo)排開水較少，水箱中水面更高時浮標(biāo)才會浮起，即只有水箱中水較多時浮標(biāo)才能帶動杠桿壓住進(jìn)水口 由上述可知這一裝置涉及多方面的物理知識，主要有杠桿的平衡原理和阿基米德原理及氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系等這種特殊結(jié)構(gòu)的水箱能起到節(jié)約用水的作用是對比于普通水箱來說的用普通水箱時，人們每次大、小便后都要用去一滿箱水來沖水；而用這一特殊結(jié)構(gòu)的水箱來沖水時，則可以根據(jù)需要或打開閥門或不打開閥門，不打開閥門而進(jìn)行便后沖水時，則用去的就不是一滿水箱水了廁所水箱問題四小明設(shè)計了一個公廁的自動沖刷廁所的水箱。這種水箱能把自來水管持續(xù)供給的較小流量的水儲備到一定量后，自動開啟放水閥，這樣就可用較大水量沖刷便池中的污物。圖為這種水箱的結(jié)構(gòu)示意圖，已知水箱底為邊長l=40cm的正方形，是一直徑d1=8cm的圓形放水閥門，其質(zhì)量和厚度均可忽略不計，且恰好能將排水管口蓋嚴(yán)。閥門的左端用活頁固定在箱底的排水管口的邊緣，右端通過一很小的掛鉤及連桿與浮子相連，連桿的長度h0=10cm。浮子是一外部直徑d2=8cm、高cm、質(zhì)量m=0.4kg的空心圓柱體