Question

【題目】小明家衛(wèi)生間新裝一種智能抽水馬桶，該馬桶有坐墊自動(dòng)加熱和沖水功能：

①坐墊加熱原理如圖甲：R1和 R2是表示電熱絲的定值電阻，單刀雙擲開(kāi)關(guān) S2可接a 或b，通過(guò)開(kāi)關(guān) S1和 S2的不同接法組合，實(shí)現(xiàn)“高、中、低”三檔加熱功能，其中低溫檔和中溫檔功率分別為20W和40W；

②沖水原理如圖乙：手動(dòng)打開(kāi)出水閥，水箱中的水減少，空心銅球在重力作用下，隨著水位下降而向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)金屬桿 AB 繞 O 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，向上拉動(dòng)進(jìn)水管閥門，使水能通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入水箱；當(dāng)出水閥關(guān)閉，隨著不斷進(jìn)水，水箱中的水位逐漸上升，空心銅球也隨之向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)水管閥門則向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬桿處于水平位置時(shí)，進(jìn)水管閥門將進(jìn)水口堵住，不再進(jìn)水。下表為馬桶的相關(guān)參數(shù)：

項(xiàng)目	內(nèi)容
適用水壓	0.2—0.5MPa
水箱容積	1.8L

(1)坐墊加熱高溫檔功率為_________W；

(2)小明家的馬桶比設(shè)在一樓的配水房高 25m，若要使家里的馬桶能正常工作，則一 樓配水房提供的水壓應(yīng)不低于多少_____Pa？

(3)已知空心銅球的質(zhì)量為 80g， AB 長(zhǎng) 225mm，AO 長(zhǎng) 25mm，進(jìn)水管閥門的受力面積是24mm2，當(dāng)它承受水的壓強(qiáng)是5×105Pa 時(shí)停止進(jìn)水，且空心銅球恰好浸沒(méi)。若不計(jì)金屬桿的質(zhì)量與形變，重力和浮力認(rèn)為作用在銅球重心C點(diǎn)，則空心銅球的體積是多少_______cm3？

Answer 1

【答案】80 2.5105 230

【解析】

(1)[1]由圖乙可知，當(dāng)斷開(kāi)S1，S2接a時(shí)，R1與R2串聯(lián)接入，電路總電阻最大，由P=可知，此時(shí)處于低溫檔；即

20W=①

由圖可知，當(dāng)閉合S1，S2接a時(shí)，電路中只有R1接入，由P=可知，此時(shí)處于中溫檔；即

40W=②

由①②可得

R1=1210Ω，R2=1210Ω

當(dāng)閉合S1，S2接b時(shí)，R1與R2并聯(lián)接入，此時(shí)電路總電阻最小，由P=可知，此時(shí)處于高溫檔；由電阻的并聯(lián)可得

=+=

解得R并=605Ω，則高溫檔的功率

P高== =80W

高溫檔的功率為80W。

(2)[2] 配水房需要提供的水壓

p最小=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×25m=2.5×105Pa

配水房需要提供的水壓應(yīng)不低于多少2.5×105Pa。

(3)[3]A處受到水向上的壓力

F1=p水S=5×105Pa×24×106m2=12N

由杠桿平衡條件可得：F1×OA=FB×OB，則

FB=F1× =12N× =1.5N

空心銅球的重力

G=mg=0.08kg10N/kg=0.8N

浮球受三個(gè)力作用平衡，即F浮=FB+G，銅球完全浸沒(méi)時(shí)受到的浮力

F浮=1.5N 0.8N=2.3N

空心銅球的體積

V===2.310-4m3=230cm3

空心銅球的體積為230cm3。

答：(1)坐墊加熱高溫檔功率為80W；

(2) 一 樓配水房提供的水壓應(yīng)不低于多少2.5×105Pa；

(3)空心銅球的體積是230cm3。