Question

如圖是乳牛自動喂水的裝置圖．在連接浮球橫桿的A點頂柱上端裝有密封墊，當橫桿處于水平時恰好能堵住自來水管口．
（1）這套喂水裝置應用了哪些物理知識？（至少寫出三點）
（2）浮球的最小體積是設計時要考慮的重要參數，為此需要知道和測量哪些物理量？用字母表示各物理量，推導出浮球最小體積的表達式．（橫桿、頂柱所受的重力和體積忽略不計）

Answer 1

解：（1）本題運用很多的物理知識：連通器；杠桿；浮力；液體壓強等．
（2）杠桿在水平位置平衡，按照杠桿平衡條件F₁l₁=F₂l₂計算浮子的體積．
需知道：進水口水的壓強p、浮球的密度ρ．
需測量：自來水管口的直徑d、杠桿OA、OB的長度l₁、l₂．
設杠桿處于水平時，浮球剛好沒入水中，則
A點受到壓力F₁=PS=P?
B點受到的合力F₂=F_浮一G_球=ρ_水gV_球-ρgV_球
根據杠桿平衡條件F₁l₁=F₂l₂得
P??l₁=（ρ_水gV_球-ρgV_球）?l₂=（ρ_水一ρ）gV_球?l₂
∴V_球=
故答案為：（1）連通器；杠桿；浮力．
（2）需知道：進水口水的壓強p、浮球的密度ρ．
需測量：自來水管口的直徑d、杠桿OA、OB的長度l₁、l₂．
設杠桿處于水平時，浮球剛好沒入水中，則
A點受到壓力F₁=PS=P?
B點受到的合力F₂=F_浮一G_球=ρ_水gV_球-ρgV_球
根據杠桿平衡條件F₁l₁=F₂l₂得
P??l₁=（ρ_水gV_球-ρgV_球）?l₂=（ρ_水一ρ）gV_球?l₂
∴V_球=
分析：（1）本題運用很多的物理知識：連通器；杠桿；浮力；液體壓強等．
（2）杠桿在水平位置平衡，按照杠桿平衡條件F₁l₁=F₂l₂計算浮子的體積．
（3）阿基米德原理：F_浮=ρ_液gV_排．
（4）G_球=ρ_球gV_球．
點評：（1）根據F₁l₁=F₂l₂、F_浮=ρ_液gV_排、G_球=ρ_球gV_球進行計算．
（2）生活中很多地方包含物理知識，學會把物理應用到實踐中．