如图是某品牌自动咖啡机及其结构示意图,其工作原理为:当盛水器内的水温升高至一定温度时,水沿导管进入盛有咖啡粉的...
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如图是某品牌自动咖啡机及其结构示意图,其工作原理为:当盛水器内的水温升高至一定温度时,水沿导管进入盛有咖啡粉的玻璃杯中,在平衡球作用下,原来水平的平衡杆绕O点转动,盛水器抬升.冷却一段时间后,玻璃杯中的咖啡液体又倒吸进入盛水器,咖啡冲泡完成.
(1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时,其内部的热水开始自动沿导管进入玻璃杯,则此时盛水器内的压强p内与外接大气压p0的大小关系为:p内 p0.
(2)该咖啡机的平衡球重2.4牛,盛水器自重5牛,以O为支点,平衡球与盛水器重力的力臂之比为5:2.当盛水器内的水为多少牛时,盛水器开始抬升?(写出计算过程,平衡杆和导管的质量不计)
(3)打开出水开关,使0.2千克的咖啡流入重为1牛的水杯中,若水杯底部与水平桌面的接触面积为20厘米2,则水杯对桌面的压强是多少帕?(写出计算过程,g取10N/kg)
【回答】
【考点】杠杆的平衡分析法及其应用;压强的大小及其计算.
【分析】(1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时,盛水器内水的上方空气受热膨胀,气压增大,大于外界大气压,在内部气压作用下水流入玻璃杯中;
(2)可以把平衡杆看成一个杠杆,平衡球重为动力,盛水器自重加上盛水器内的水重为阻力,平衡球与盛水器重力的力臂之比为5:2,利用杠杆平衡条件F1L1=F2L2的变形公式计算出阻力,然后从阻力中减去盛水器重力就是水的重力;
(3)水杯对桌面的压强可以按固体压强计算,压力等于咖啡重力加杯子重力,受力面积就是水杯底部与水平桌面的接触面积,然后根据公式P=F/S计算即可求得压强.
【解答】解:(1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时,盛水器内水的上方空气受热膨胀,且水蒸气逐渐增多,内部气压增大,大于外界大气压,在内部气压作用下水流入玻璃杯中;
(2)由杠杆平衡条件得:G球×L1=G盛水器总×L2
则盛水器的总重:G盛水器总===6N,
所以,盛水器内水的重:G水=G盛水器总﹣G容器=6N﹣5N=1N.
(3)咖啡的重:G咖啡=m咖啡g=0.2kg×10N/kg=2N,
整个水杯对桌面压力:F=G咖啡+G杯=2N+1N=3N,
受力面积:S=20cm2=2×10﹣3m2
水杯对桌面的压强:p===1.5×103Pa.
答:(1)盛水器内的压强p内与外接大气压p0的大小关系为:p内>p0;
(2)当盛水器内的水为1N牛时,盛水器开始抬升.
(3)水杯对桌面的压强是1.5×103帕.
知识点:八年级下
题型:计算题
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