Question

【题目】物理问题的研究首先要确定研究对象。当我们研究水流，气流等流体问题时，经常会选取流体中的一小段来进行研究，通过分析能够得出一些有关流体的重要结论。

(1)水刀应用高压水流切割技术，相比于激光切割有切割材料范围广，效率高，安全环保等优势。某型号水刀工作过程中，将水从面积S=0.1mm2的细喷嘴高速喷出，直接打在被切割材料表面，从而产生极大压强，实现切割。已知该水刀每分钟用水600g，水的密度为ρ=1.0×103kg/m3

a．求从喷嘴喷出水的流度v的大小

b．高速水流垂直打在材料表面上后，水速几乎减为0，求水对材料表面的压强p约为多大。

(2)某同学应用压力传感器完成以下实验，如图所示，他将一根均匀的细铁链上端用细线悬挂在铁架台上，调整高度使铁链的下端刚好与压力传感器的探测面接触。剪断细线，铁链逐渐落在探测面上。传感器得到了探测面所受压力随时间的变化图象。通过对图线分析发现铁链最上端落到探测面前后瞬间的压力大小之比大约是N1:N2=3:1，后来他换用不同长度和粗细的铁链重复该实验，都得到相同结果。请你通过理论推理来说明实验测得的结果是正确的。（推理过程中需要用到的物理量的字母请自行设定）

Answer 1

【答案】(1)a．100m/s；b．；(2)推导过程见解析

【解析】

(1)a．一分钟喷出的水的质量为

所以水的流速

代入数据得v=100m/s

b．选取时间内打在材料表面质量为水为研究对象，由动量定理得

其中

解得

根据牛顿第三定律，材料表面受到的压力

则根据压强公式

解得

(2)设单位长度的铁链质量为b，铁链的长度为L，当铁链的最上端落在探测面上时，选取铁链最上端的一小段为研究对象，其质量

根据自由落体运动公式

可知速度

设向下方向为正，根据动量定理

解得

则探测面受到铁链最上端的压力为

此时除最上端外，其余部分的铁链已经落在探测面上，对探测面的压力

其中

则探测面受到的总压力为

当铁链的最上端落在探测面上后，探测面受到的压力大小

由此可得

实验结果是正确的。