(2004•烟台)我市一所农村初级中学,常常因为不能及时给水塔注水而停水,小明知道后,想利用图所示的器材设计一个自动注水

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  • 解题思路:(1)每一处装置中都包含了一定的物理知识,分析其工作原理便可找出所用到的物理知识;

    (2)连接电路图时,要注意使水池中的浮沉装置控制电磁铁,再用电磁铁控制电动机的运转;

    (3)当浮子完全浸没、浮子受到的浮力和其重力相等时,浮子的体积最小,根据F=ρgV的变形式求出最小体积.

    (4)电动机做功是把电能转化为机械能,根据V=Sh求出蓄水池的体积,根据m=ρV求出水的质量,根据W=Gh=mgh求出电动机克服重力做的功,根据W=Pt求出电动机做的功,据此可知需要知道或测量哪些物理量和得出电泵最小额定功率的表达式.

    (5)没有实现自动注水的原因可能是放水后电动机仍不工作,高压电路断路等,针对原因制定改进方法.

    (1)图中水池内的装置主要利用了浮力,中间的电磁继电器中主要用到了电磁铁,衔铁与其连接的部分共同组成了一条杠杆,同时还利用了金属触头的导电性等(只要答出“浮力、电流的磁场”就可以).

    (2)电路连接如下图所示.

    (3)由图知,浮子上浮接通电路必须满足:GA+GB=F

    由阿基米德原理F=ρgV,可得GA+GBgV

    则V=

    GA+GB

    ρ水g=[5N+10N

    1.0×103kg/m3×9.8N/kg=1.5×10-3m3

    所以浮子的最小体积应大于1.5×10-3m3才能满足设计要求.

    (4)要知道水的密度ρ,测出蓄水池的半径R、池高h1和蓄水池距井水面的高度h.

    电动机抽水时,通过电动机做功,把电能转化为机械能.

    Pt=mgh

    又∵ρ=

    m/V]'V=πR2h1

    ∴mπR2h1

    ∴P=[W/t]=

    m水gh

    t=[1/600]πR2ρgh1h

    运用的近似条件:电动机工作时,电能全部转化为机械能(或忽略能量损失)

    (5)没有实现自动注水的原因是:放水后电动机仍不工作,高压电路断路,说明电磁铁芯是钢性材料,磁化后不退磁,衔铁仍然被吸引,高压电路未接通等

    改进的方法:把电磁铁芯换用软铁材料的铁棒.

    故答案为:(1)浮力(阿基米德原理)、电流的磁场(电磁继电器)、电磁铁的应用、杠杆、欧姆定律.

    (2)如图所示

    (3)浮子的最小体积应大于1.5×10-3m3才能满足设计要求;

    (4)电动机工作时,电能全部转化为机械能(或忽略能量损失);

    (5)放水后电动机仍不工作,高压电路断路,说明电磁铁芯是钢性材料,磁化后不退磁,衔铁仍然被吸引,高压电路未接通等

    改进的方法:把电磁铁芯换用软铁材料的铁棒.

    点评:

    本题考点: 阿基米德原理;功率的计算;欧姆定律的应用.

    考点点评: 此题中向我们展示了电磁铁在生活生产中的一个实际应用,通过浮力的知识,形成了对水池内水位的自动控制,设计精巧、构思独特,非常值得我们研究和学习.