干簧管(也叫干簧继电器)比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,工作可靠性很高.如图1甲所示为干簧管的结构简图,其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片,被固定于玻璃管上.当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时,如图1乙,干簧管的磁簧片就会被磁化,且靠近的那两个端点会被磁化成异名磁极,触点就会闭合,将电路接通;当条形磁铁远离干簧管时,磁簧片的磁性消失,触点就会断开.
某同学设想用干簧管制作水位自动报警器,图2是他设计的一部分情况,请帮助他完成其余部分的设计:
设永久磁铁所受的重力为3N,浮球的体积为200cm3,不计滑轮处的摩擦.则要想让此装置能正常工作,浮球的质量应满足什么条件(取g=10N/kg)?
什么叫此装置正常工作呢?
1楼的,我不要菁优网上查的。看不懂。为什么浮球刚好浸没水中,浮球必须上浮?浮球刚好离开水面,浮球必须下降?
分析:
(1)知道浮球的体积,利用阿基米德原理求浮球浸没水中受到的浮力;设浮球刚好浸没水中,浮球必须上浮,则必须满足G浮球<F浮+G磁铁;设浮球刚好离开水面,浮球必须下降,则必须满足G浮球>G磁铁,可得让此装置能正常工作浮球所受的重力应满足的条件,进而得出质量条件;
(2)由题意可知,这应该是一个由两个干簧管分别控制一个支路的并联电路,据此来完成电路的连接;浮球的位置,可以确定条形磁铁的位置,而条形磁铁的位置可以确定哪个干簧管在工作,同时确定了哪个干簧管所在的电路工作.
解答:
解:(1)浮球浸没水中受到的浮力:
F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×10N/kg×2×10-4m3=2N,
设浮球刚好浸没水中,浮球必须上浮,则必须满足G浮球<F浮+G磁铁=2N+3N=5N,
设浮球刚好离开水面,浮球必须下降,则必须满足G浮球>G磁铁=3N,
因此要想让此装置能正常工作,此浮球所受的重力应满足:
5N>G浮球>3N,
∵G=mg,
∴浮球的质量应满足:0.5kg>m浮球>0.3kg.
(2)当浮球上升到最高水位时,条形磁铁下沉到干簧管2所在的位置,此时条形磁铁使干簧管的磁簧片接触,导致其所在的电路接通,所以红灯亮,电铃响.
同理,当浮球下降到最低水位时,条形磁铁上升到干簧管1所在的位置,此时条形磁铁使干簧管的磁簧片接触,导致其所在的电路接通,所以绿灯亮,电铃响.
如下图所示:
答:(1)浮球的质量应满足条件:0.5kg>m浮球>0.3kg.
(2)如图所示.
追问什么叫此装置正常工作呢?
那是不是说,浮球刚好浸没水中,浮球必须上浮,永久磁铁才能下来磁化干簧管,浮球刚好离开水面,浮球必须下降,永久磁铁才能上去磁化干簧管,电路才接通呢?
追答当然了,这个问题的设计有些缺陷,首先是缺少条件,此题利用阿基米德原理,但是题目中没有明确给出浮球浸入水中这个条件,若产生浮力,就必须使小球浸入水中,继而永久磁铁磁化干簧管,然后浮球离开水面。只有永久磁铁上去磁化干簧管才能接通电路
本回答被提问者采纳为什么浮球刚好浸没水中,浮球必须上浮?浮球刚好离开水面,浮球必须下降?
追答事实上,只要浮球没有浸没水中,那末,当水面上升,浮球排开水的体积就会增大,浮力就会变大,浮球就会上升。
同样,只要水面下降(不需要浮球离开水面),浮球排开水的体积就会减小,浮力就会变小,浮球就会下降。
实际上这道题是由“2010年第二十届全国初中应用物理竞赛复赛试题”改编成的。菁优网上有提供原题的答案。