Question

15歲的小明和爸爸媽媽一起去某古鎮(zhèn)旅游時，發(fā)現(xiàn)了一處“釀灑作坊”，還在釀造某種當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)的白酒．作坊里的一些裝置（如圖1所示）引起了她的好奇心．導(dǎo)游介紹說這個裝置名為“木榨”，將事先經(jīng)過浸泡、蒸煮、發(fā)酵的糯米和水的混合物（稱為“酒醪”）裝入絹袋，再放入右側(cè)的榨箱內(nèi)（榨箱下面鋪有竹簾），蓋上壓板和砧木，將橫梁的一端卡在右邊立架的F點(diǎn)，用E點(diǎn)壓住砧木，左端的D點(diǎn)被一根豎直的木條與下面的木架AC的B點(diǎn)連接起來，然后在本架左邊的A處木板上放上沉重的石條來施加持續(xù)的壓力，就可以將酒醪中的液體壓榨出來．他站在木榨側(cè)面正對著木榨拍下了此照片，回到家后用刻度尺測量了照片上的一些尺寸，如圖1（單位：mm）．

（1）他當(dāng)時用自己的手測測了旁邊放置的石條，每塊寬約1拃（1“柞”為盡力伸開手掌后，拇指尖到中指尖的距離），長約為2拃加一掌寬，厚約為一掌寬，他還查閱了石頭的密度，發(fā)現(xiàn)各種石頭的密度一般不同，就選了其中一種石頭密度值ρ=2.7×l0³kg/m³；根據(jù)這些數(shù)據(jù)估算每塊石條的質(zhì)量，進(jìn)而估算當(dāng)在A處增加5塊石條時，砧木受到的壓力的增加量．
（2）在酒坊另一個角落，有兩個用粗管連接的圓柱形容器．如圖甲所示，上面分別寫著“蒸餾鍋”和“冷卻池”．將壓榨出的酒液放入蒸餾鍋內(nèi)，將上蓋密封后，在底部用柴火加熱；從冷卻池的上方可以看到，池內(nèi)的水中浸泡著一段螺旋狀的管道，外壁分別接有兩個水管和一個出酒管，如圖乙所示．冷卻池里的管道為什么要做成這種形狀？
（3）試分析冷水應(yīng)該從冷卻池的A、B哪個口進(jìn)入，為什么？
（4）從冷卻池出酒口流出的酒液和蒸餾鍋內(nèi)剩下的液體相比，哪個的密度大？為什么？

Answer 1

分析：（1）求出每塊石條的體積，利用m=ρV求每塊石條的質(zhì)量、重力；進(jìn)而可得左端受到壓力的增加量；
由圖知，各力臂的大小（AC、BC、DF、EF的大小），根據(jù)杠桿平衡條件可得B（或D）點(diǎn)受到的拉力的增加量、砧木受到的壓力的增加量；
（2）增大接觸面積可以加快熱傳遞，便于管內(nèi)氣體快速液化；
（3）根據(jù)熱對流的方向分析：熱的密度小、上升，冷的密度大、下降；
（4）酒精的密度小于水的密度，從冷卻池出酒口流出的酒液主要是酒精，而蒸餾鍋內(nèi)的液體主要是水和酒精，據(jù)此比較密度關(guān)系．

解答：解：
（1）每塊石條的體積約為：V=0.5m×0.2m×0.1m=0.01m³；
∵ρ=

m

V

，
∴每塊石條的質(zhì)量：
m=ρV=2.7×10³kg/m³×0.01m³=27kg，
左端受到壓力的增加量：
△F_A=5G=5mg=5×27kg×10N/kg=1350N，
由圖知，AC=39mm+13mm=52cm，BC=13mm，
DF=45mm+15mm=60mm，EF=15mm，
B（或D）點(diǎn)受到的拉力的增加量：
△F_D=△F_B=

AC

BC

△F_A=

52mm

13mm

×1350N=5400N，
砧木受到的壓力的增加量：
△F_E=

DF

EF

×△F_D=

60mm

15mm

×5400N=21600N；
（2）增大熱傳遞的面積，有利于管內(nèi)氣體放熱液化；
（3）熱水密度小于冷水的密度，會自動上升到冷卻池的上部，隨冷水的進(jìn)入先被頂出，溫度較低的水留在冷卻池內(nèi)，有利于繼續(xù)吸熱；所以要讓冷水從下方的B口進(jìn)入，熱水從上方A口流出，
（4）因?yàn)檎麴s鍋內(nèi)的物質(zhì)主要是水和酒精，在蒸餾的過程中，從鍋內(nèi)汽化的成分中，密度較小的酒精的比例要大于鍋內(nèi)剩余液體中酒精的比例，而酒精的密度比水小．所以蒸餾鍋內(nèi)的液體密度大．
答：（1）當(dāng)在A處增加5塊石條時，砧木受到的壓力的增加量為21600N；
（2）增大熱傳遞的面積，有利于管內(nèi)氣體放熱液化；
（3）（4）答案同上．

點(diǎn)評：本題考查了學(xué)生對密度公式、杠桿平衡條件的掌握和運(yùn)用，還涉及到液化、對流等知識，通過學(xué)過的物理知識解釋了旅游途中的疑難，真正體現(xiàn)了學(xué)以致用，有意義！