一種牲畜自動飲水用自動裝置的示意圖

① 某飼養場做了一個牲畜飲水用自動裝置（如圖所示），罐底有一個小出水口，孔下通過一個活塞面積為S1為0.00

（1）設杠桿長為L，當活塞堵住出水口時，此杠桿處於平衡狀態，且保持內水平，
此時浮子受容到的浮力：
F_浮力=ρ_水gS₂h₂，
活塞受到水的壓力：
F_壓力=p_水S₁=ρ_水gh₁S₁，
由杠桿的平衡條件F₁L₁=F₂L₂可得：
F_浮力×L=（F_壓力+G）×

1

4

L，
即1.0×10³kg/m³×10N/kg×200×10^-4m²×15×10^-2m=（1.0×10³kg/m³×10N/kg×h₁×0.001m²+70N）×

1

4

L，
解得：h₁=5m；
（2）違反了連通器原理，因為圖中牲畜飲水槽的水面高度高於杠桿所在水槽的高度，正常情況下應該是兩水面高度相同．
答：（1）為了使活塞自動堵住出水口，水源A罐的液面高度h₁為最高是5m；
（2）違反了連通器原理，因為圖中牲畜飲水槽的水面高度高於杠桿所在水槽的高度，正常情況下應該是兩水面高度相同．

② 圖是一種牲畜飲水用自動裝置的示意圖．水箱底部有一出水孔，底蓋A甲時頂住水箱的出水孔．一旦飲水槽水位

（1）此裝置應用了壓強、浮力、連通器、力的平衡等物理知識，例如，兩個牲畜飲水槽利用了連通器原理；浮球c受到水的浮力．
（2）以ABC為一整體進行受力分析：
ABC整體受到重力、水箱及其中的水向下的壓力和向上的浮力，
當浮球受到的向上的浮力大於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力時，底蓋A會頂住水箱的出水孔．不再有水從水箱流入飲水池，
底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力G=mg=（600×10^-3kg+400×10^-3kg）×10N/kg=10N，
水箱中蓄滿水時，由公式p=ρgh及p=

F

S

得：
水箱中的水對底蓋A向下的壓力F=ρghS=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.6m×30×10^-4m²=18N，
由阿基米德原理，可得浮球受到的最大浮力F_浮m=ρ_水gV_排m=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2×10^-3m³=20N，
因為在水箱中蓄滿水時，浮球受到的最大浮力（20N）小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力（10N+l8N=28N），
所以，這個自動裝置在水箱蓄滿水時不能正常工作．
（3）第一種情況：從上述計算過程可以看出，該自動裝置能正常工作的條件是要保證浮球受到的向上的浮力不小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力，因此浮球受到的重力（質量）；浮球的體積；底蓋A和豎桿B受到的重力；出水孔橫截面積的大小等都是影響此自動裝置能否正常工作的因素）
第二種情況：要使這個自動裝置在水箱蓄滿水時仍能正常工作，可以採取的改進措施有：①適當減小出水孔的橫截面積；②適當降低水箱蓄滿水時的水位高度；③保持浮球質量不變的情況下，適當增大浮球的體積；④在保持浮球體積不變的情況下，適當減小浮球的質量．

③ （2008東城區二模）如圖是一種牲畜飲水用自動裝置的示意圖．水箱底部有一出水孔，底蓋A可以頂住水箱的出

解答：解：抄以底蓋、豎桿襲、浮球為整體，進行受力分析：如右圖
F_浮=m_ABg+ρ_CgV+ρ_水gh₁s…（1）
F_浮=m_ABg+ρ_DgV+ρ_水gh₂s…（2）
由（1）-（2）得：
（ρ_D-ρ_C）gV=（h₁-h₂）ρ_水gs=2000s
ρ_D-ρ_C=0.3×10³kg/m³
ρ_C=0.2×10³kg/m³
ρ_D=0.5×10³kg/m³
代入（1）式得：
h₁=0.4m
答：（1）浮球D的密度ρ_D為0.5×10³kg/m³．
（2）設計水箱的最高水位h₁為0.4m．

④ 初二物理題 圖為一種設計中的牲畜飲用水自動裝置

四、（13 分）參考解答
（1）此裝置應用了壓強、浮力、連通器、力的平衡等物理知識。…………………………（2分）
（2）以ABC為一整體進行受力分析：
ABC整體受到重力、水箱及其中的水向下的飯力和向上的浮力………………………………（1分）
當浮球受到的向上的浮力大於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力時，底蓋A會頂住水箱的出水孔．不再有水從水箱流入飲水池…………………………（1分）
底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N……（1分）
水箱中蓄滿水時，由公式p=ρgh及p=F/S得：
水箱中的水對底蓋A向下的壓力
F=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m×30×10-4m2=18N……………………………………（1分）
由阿基米德原理，可得浮球受到的最大浮力
F浮m=ρ水gV排m=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N ……………………………………（1分）
因為在水箱中蓄滿水時，浮球受到的最大浮力（20N ）小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力（10N + l SN = 28N ) ，所以．這個自動裝置在水箱蓄滿水時不能王常工作。………………………………………………………………………………………………（ 2 分）
（3）第一種情況：從上述計算過程可以看出，該自動裝置能正常工作的條件是要保證浮球受到的向 上的浮力不小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力，因此浮球受到的重力（質量）；浮球的體積；底蓋A和豎桿B受到的重力；出水孔橫截面積的大小等都是影響此自動裝置能否正常工作的因素。（其他說法正確的同樣得分．解個因素 l 分，最般多 4 分）
第二種情況：要使這個自動裝置在水箱蓄滿水時仍能正常工作，可以採取的改進措施有： ① 適當減小出水孔的橫截面積； ② 適當降低水箱蓄滿水時的水位高度； ③ 保持浮球質量不變的情況下，適當增大浮球的體積； ④ 在保持浮球體積不變的情況下，適當減小浮球的質量。

⑤ 初二物理題（附圖） 圖10為一種設計中的牲畜飲水用自動裝置

作用於底蓋、豎桿和浮子的力有：向上的浮力：
F浮=ρVg=10^3×2×10^(－3)×9.8=19.6（牛）版
向下權的總重力： G總=(0.42+0.58)×9.8=9.8（牛）
水箱的水向下的壓力：F壓=ρghS=10^3×9.8×0.6×3.14×0.03^2=16.6（牛）
∵向下的力的總和F向下=G總+F壓=26.4牛＞F浮 ∴底蓋A將下移，裝置無法正常工作。