一种牲畜自动饮水用自动装置的示意图

① 某饲养场做了一个牲畜饮水用自动装置（如图所示），罐底有一个小出水口，孔下通过一个活塞面积为S1为0.00

（1）设杠杆长为L，当活塞堵住出水口时，此杠杆处于平衡状态，且保持内水平，
此时浮子受容到的浮力：
F_浮力=ρ_水gS₂h₂，
活塞受到水的压力：
F_压力=p_水S₁=ρ_水gh₁S₁，
由杠杆的平衡条件F₁L₁=F₂L₂可得：
F_浮力×L=（F_压力+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）违反了连通器原理，因为图中牲畜饮水槽的水面高度高于杠杆所在水槽的高度，正常情况下应该是两水面高度相同．
答：（1）为了使活塞自动堵住出水口，水源A罐的液面高度h₁为最高是5m；
（2）违反了连通器原理，因为图中牲畜饮水槽的水面高度高于杠杆所在水槽的高度，正常情况下应该是两水面高度相同．

② 图是一种牲畜饮水用自动装置的示意图．水箱底部有一出水孔，底盖A甲时顶住水箱的出水孔．一旦饮水槽水位

（1）此装置应用了压强、浮力、连通器、力的平衡等物理知识，例如，两个牲畜饮水槽利用了连通器原理；浮球c受到水的浮力．
（2）以ABC为一整体进行受力分析：
ABC整体受到重力、水箱及其中的水向下的压力和向上的浮力，
当浮球受到的向上的浮力大于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力时，底盖A会顶住水箱的出水孔．不再有水从水箱流入饮水池，
底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力G=mg=（600×10^-3kg+400×10^-3kg）×10N/kg=10N，
水箱中蓄满水时，由公式p=ρgh及p=

F

S

得：
水箱中的水对底盖A向下的压力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，
因为在水箱中蓄满水时，浮球受到的最大浮力（20N）小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力（10N+l8N=28N），
所以，这个自动装置在水箱蓄满水时不能正常工作．
（3）第一种情况：从上述计算过程可以看出，该自动装置能正常工作的条件是要保证浮球受到的向上的浮力不小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力，因此浮球受到的重力（质量）；浮球的体积；底盖A和竖杆B受到的重力；出水孔横截面积的大小等都是影响此自动装置能否正常工作的因素）
第二种情况：要使这个自动装置在水箱蓄满水时仍能正常工作，可以采取的改进措施有：①适当减小出水孔的横截面积；②适当降低水箱蓄满水时的水位高度；③保持浮球质量不变的情况下，适当增大浮球的体积；④在保持浮球体积不变的情况下，适当减小浮球的质量．

③ （2008东城区二模）如图是一种牲畜饮水用自动装置的示意图．水箱底部有一出水孔，底盖A可以顶住水箱的出

解答：解：抄以底盖、竖杆袭、浮球为整体，进行受力分析：如右图
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为0.5×10³kg/m³．
（2）设计水箱的最高水位h₁为0.4m．

④ 初二物理题 图为一种设计中的牲畜饮用水自动装置

四、（13 分）参考解答
（1）此装置应用了压强、浮力、连通器、力的平衡等物理知识。…………………………（2分）
（2）以ABC为一整体进行受力分析：
ABC整体受到重力、水箱及其中的水向下的饭力和向上的浮力………………………………（1分）
当浮球受到的向上的浮力大于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力时，底盖A会顶住水箱的出水孔．不再有水从水箱流入饮水池…………………………（1分）
底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N……（1分）
水箱中蓄满水时，由公式p=ρgh及p=F/S得：
水箱中的水对底盖A向下的压力
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）
因为在水箱中蓄满水时，浮球受到的最大浮力（20N ）小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力（10N + l SN = 28N ) ，所以．这个自动装置在水箱蓄满水时不能王常工作。………………………………………………………………………………………………（ 2 分）
（3）第一种情况：从上述计算过程可以看出，该自动装置能正常工作的条件是要保证浮球受到的向 上的浮力不小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力，因此浮球受到的重力（质量）；浮球的体积；底盖A和竖杆B受到的重力；出水孔横截面积的大小等都是影响此自动装置能否正常工作的因素。（其他说法正确的同样得分．解个因素 l 分，最般多 4 分）
第二种情况：要使这个自动装置在水箱蓄满水时仍能正常工作，可以采取的改进措施有： ① 适当减小出水孔的横截面积； ② 适当降低水箱蓄满水时的水位高度； ③ 保持浮球质量不变的情况下，适当增大浮球的体积； ④ 在保持浮球体积不变的情况下，适当减小浮球的质量。

⑤ 初二物理题（附图） 图10为一种设计中的牲畜饮水用自动装置

作用于底盖、竖杆和浮子的力有：向上的浮力：
F浮=ρVg=10^3×2×10^(－3)×9.8=19.6（牛）版
向下权的总重力： G总=(0.42+0.58)×9.8=9.8（牛）
水箱的水向下的压力：F压=ρghS=10^3×9.8×0.6×3.14×0.03^2=16.6（牛）
∵向下的力的总和F向下=G总+F压=26.4牛＞F浮 ∴底盖A将下移，装置无法正常工作。