Question

厕所的坐便器在冲水之后由自来水自动上水，当水箱内的水达到一定深度时，浮标带动杠杆压住进水口，停止上水（图）．有一种水箱的浮标，形状是中间有隔断的圆柱体，隔断的中部有小孔通过塑料管连在一个阀门上（图）．阀门安装在便器坐圈的下面，平时是闭合的，当坐圈落在便器上并受到压力时阀门打开，塑料管与大气相通．

（1）说出这种设计的目的．
（2）说出这种设计的工作原理，特别要指出在什么地方用到了什么物理知识．

Answer

这种特殊结构的水箱能起到节约用水的作用，是对比于普通水箱来说，用普通水箱时，人们每次大小便都要用去一满箱水来冲水；而用这一特殊结构的水箱来冲水，则可以根据需要或打开阀门或不打开阀门而进行便后冲水时，则用去的就不是一满水箱水了，由此可知两种坐便器的水箱在冲水之后所用水的数量，即可解答．
【解析】
（1）比较两种水箱可知：普通水箱一次冲水必须是一满箱水，而另一种水箱的圆柱体型的浮标占有一部分体积，且冲水时可根据需要冲水，因此这一设计的目的是为了节约用水．
（2）这种设计的工作原理是：阀门不打开时，图柱形浮标内部的空气不会逸出，浮标排开水较多，水箱中水面上升较少（此时水箱中水也就较少）就能浮起；浮标即带动杠杆压住进水口；阀门打开时，圆柱形浮标内的空气与外界相通，水可以进入圆柱体内部，圆柱形浮标排开水较少，水箱中水面更高时浮标才会浮起，即只有水箱中水较多时，浮标才能带动杠杆压住进水口．
由上述可知这一装置涉及多方面的物理知识，主要有杠杆平衡原理、阿基米德原理和气体压强与体积的关系等．