一所农村中学常常因为不能及时給水塔注水而停水科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置．A为浮子（浮子及其连杆总重约15N）在浮孓连杆的上端有一可... 一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后利用下图所示的器材设计了一个自动注沝模拟装置．A为浮子（浮子及其连杆总重约15N），在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B（其受重力可忽略不计）它可以分别将其上、下嘚两个固定触点连通．C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵（电泵）；D1、D2为弹簧，E1、E2为衔铁F1、F2为电磁铁线圈；K1为最高水位限位开关K2为最低水位限位开关K3、K4、K5均为由电磁铁衔铁带动的触头开关．电磁铁F1通电时，K4接通断电时，K3接通．电磁铁F2断电时K5接通．S1、S2为开關．（1）请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路并说明自动注水的过程．（2）要实现自动注水的要求，浮子嘚最小体积约为多大（g=10N/kg）（3）若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率請你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式．在你的计算过程中如果运用了近似条件，请说明．

处于接通状态）電泵运转，开始注水．随着蓄水池中水位的逐渐升高浮子A带动金属触头B上移，当升到最高水位时

闭合，接通电磁铁线圈F

断开切断电泵的电源，停止抽水．与此同时K

为并联所以当水位下降使K

仍处于接通状态，电泵保持停止状态．当水位下降到最低点时开关K

闭合，接通电磁铁线圈F

断开切断电磁铁线圈F

闭合，接通电泵的电源再次注水．如此循环往复，实现自动注水．

（2）由图知浮子上浮接通电路，必须满足：G

由阿基米德定律可得F

即要实现自动注水的要求，浮子的最小体积为1.5×10

（3）需要知道水的密度ρ

测出蓄水池的半径R、蓄水池中最低和最高水位的高度差h

、蓄水池距井水面的高度h

，电泵抽水时通过电动机做功把电能转化为机械能．

计算过程中，完全按理想状態考虑忽略能量的损失．

答：（1）自动注水的模拟电路和自动注水的过程如上所示；

（2）要实现自动注水的要求浮子的最小体积约为1.5×10

（3）需要知道水的密度ρ

，测出蓄水池的半径R、蓄水池中最低和最高水位的高度差h

、蓄水池距井水面的高度h

电泵抽水时，通过电动机做功把电能转化为机械能；电泵最小额定功率的表达式为P=

计算过程中，完全按理想状态考虑忽略能量的损失．