Question

圖甲是一種常見的臺式飲水機結構示意圖．控水槽內的塑料浮體是一個體積為90cm³的空心圓柱體，其質量和厚度可忽略不計．浮體通過一輕質硬桿與閥門相連．當浮體浸沒時，閥門恰好將面積為2cm²的放水孔關閉．此時蓄水桶中水位最高．
（1）請畫出浮體所受浮力的示意圖．
（2）蓄水桶中水對閥門的最大壓強為多少帕？（g取10N/kg）
（3）飲水機的簡化電路圖和部分技術參數(shù)如下．電路圖中的溫控開關能根據(jù)加熱罐內水的溫度自動閉合或斷開．從而使水溫保持在86℃～95℃之間．經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，當加熱罐內裝滿熱水但較長時間沒有飲用時，每隔一段時間，加熱指示燈就會亮84秒鐘．試計算飲水機的加熱效率．[c_水=4.2×10³J/]

額定電壓	220V
額定功率	50Hz
額定加熱功率	500W
指示燈功率	≤0.1W
加熱罐容積	1L

Answer 1

【答案】分析：（1）浸在液體中的物體受到液體對它施加的豎直向上的浮力，浮力的作用點就畫在物體的重心上；
（2）浮體的質量和厚度不計，浮體閥門上受到的壓力就等于浮體受到的浮力，浮力可以根據(jù)F_浮=ρ_水V_排g求出，V_排也就等于浮體的體積；閥門的受力面積等于放水孔的面積；根據(jù)P=求出蓄水桶中水對閥門的壓強；
（3）飲水機的加熱效率就是水吸收熱量和消耗電能的一個比值；水吸收的熱量可以根據(jù)Q_吸=cm△t求出；消耗的電能可以根據(jù)W=Pt求出，P即加熱功率可以從參數(shù)表中找出．
解答：解：（1）浮力是豎直向上的，答圖如下：

（2）蓄水桶中水對閥門的壓力等于浮體受到的浮力F=F_浮=ρ_水V_排g=1.0×10³kg/m³×90×10^-6m³×10N/kg=0.9N；
蓄水桶中水對閥門的最大壓強p===4.5×10³Pa；
答：蓄水桶中水對閥門的最大壓強為4.5×10³Pa．
（3）加熱罐中水的質量m=ρV=1.0×10³kg/m³×10^-3m³=1kg；
水吸收的熱量Q=cm（t-t）=4.2×10³J/（kg?℃）×1kg×（95℃-86℃）=3.78×10⁴J；
飲水機消耗的電能W=Pt=500w×84s=4.2×10⁴J；
飲水機的加熱效率η===90%．
答：飲水機的加熱效率為90%．
點評：（1）力的示意圖是力學中最基本的東西，需要掌握；
（2）解答此問的關鍵是蓄水桶對閥門壓力的計算，浮體處于靜止狀態(tài)，受到的壓力和浮力就是一對平衡力；
（3）飲水機就是利用電熱來工作的，飲水機的效率等于水吸收熱量和消耗電能的比值．