【题目】消防车的供水系统主要由水泵、输水管道和水炮组成。如图所示,消防水炮离地高度为H=80 m,建筑物上的火点离地高度为h=60 m,整个供水系统的效率η=60%(供水效率η定义为单位时间内抽水过程水所获得的机械能与水泵功率的比值×100%)。假设水从水炮水平射出,水炮的出水速度v0=30 m/s,水炮单位时间内的出水量m0=60 kg/s,取g=10 m/s2,不计空气阻力。
(1)求水炮与火点的水平距离x,和水炮与火点之间的水柱的质量m;
(2)若认为水泵到炮口的距离也为H=80 m,求水泵的功率P;
(3)如图所示,为流速稳定分布、体积不可压缩且粘性可忽略不计的液体(比如水)中的一小段液柱,由于体积在运动中不变,因此当S1面以速度v1向前运动了x1时,S2面以速度v2向前运动了x2,若该液柱前后两个截面处的压强分别为p1和p2,选用恰当的功能关系证明:流速稳定分布、体积不可压缩且粘性可忽略不计的液体水平流动(或者高度差的影响不显著)时,液体内流速大的地方压强反而小。
【答案】(1) 120kg (2) 1.25×102 kW (3)见解析;
【解析】
(1)根据平抛运动规律,有
H-h=gt2 ①
x=v0t ②
联立上述两式,并代入数据得
t==2 s
x=v0=60 m ③
水炮与火点之间的水柱的质量
m= m0t=120kg ④
(2)设在Δt时间内出水质量为Δm,则Δm= m0Δt,由功能关系得:
⑤
即
解得:
P==1.25×102 kW ⑥
(3)表示一个细管,其中流体由左向右流动。在管的a1处和a2处用横截面截出一段流体,即a1处和a2处之间的流体,作为研究对象。
a1处的横截面积为S1,流速为v1,高度为h1,a1处左边的流体对研究对象的压强为p1,方向垂直于S1向右。
a2处的横截面积为S2,流速为v2,高度为h2,a2处左边的流体对研究对象的压强为p2,方向垂直于S2向左。
经过很短的时间间隔Δt,这段流体的左端S1由a1移到b1。右端S2由a2移到b2。两端移动的距离分别为Δl1和Δl2。左端流入的流体体积为ΔV1=S1Δl1,右端流出的流体体积为ΔV2=S2Δl2,理想流体是不可压缩的,流入和流出的体积相等,ΔV1=ΔV2,记为ΔV。
现在考虑左右两端的力对这段流体所做的功。
作用在液体左端的力F1=p1S1向右,所做的功
W1=F1Δl1=(p1S1)Δl1=p1(S1Δl1) =p1ΔV。
作用在液体右端的力F2=p2S2向左,所做的功
W2=-F2Δl2=-(p2S2)Δl2=-p2(S2Δl2) =-p2ΔV。
外力所做的总功
W= W1+W2=(p1-p2)ΔV ①
外力做功使这段流体的机械能发生改变。初状态的机械能是a1处和a2处之间的这段流体的机械能E1,末状态的机械能是b1处和b2处之间的这段流体的机械能E2。由b1到a2这一段,经过时间Δt,虽然流体有所更换,但由于我们研究的是理想流体的定常流动,流体的密度ρ和各点的流速v没有改变,动能和重力势能都没有改变,所以这一段的机械能没有改变,这样机械能的改变(E2-E1)就等于流出的那部分流体的机械能减去流入的那部分流体的机械能。
由于m=ρΔV,所以流入的那部分流体的动能为
重力势能为
mgh1=ρΔVgh1
流出的那部分流体的动能为
重力势能为
mgh2=ρΔVgh2
机械能的改变为
②
理想流体没有粘滞性,流体在流动中机械能不会转化为内能,所以这段流体两端受的力所做的总功W等于机械能的改变,即
W=E2-E1 ③
将①式和②式代入③式,得
④
整理后得
⑤
a1和a2是在流体中任意取的,所以上式可表示为对管中流体的任意处:
(常量)⑥
④式和⑤式称为伯努利方程。
流体水平流动时,或者高度差的影响不显著时(如气体的流动),伯努利方程可表达为
(常量)⑦
从⑥式可知,在流动的流体中,压强跟流速有关,流速v大的地方要强p小,流速v小的地方压强p大。
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验,如图甲所示,把两个力传感器的挂钩钩在一起,向相反方向拉动,观察显示器屏幕上出现的结果如图乙所示,观察分析两个相互作用力随时间变化的曲线,可以得到的实验结论是( )
A.作用力与反作用力始终相同
B.作用力与反作用力作用在同一物体上
C.作用力与反作用力大小相等、方向相反
D.匀速运动时作用力与反作用力大小相等,变速运动时作用力与反作用力大小不相等
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示为阿拉斯加当地人的一种娱乐方式。他们用一块弹性毯子将小孩竖直抛起,再保持弹性毯子水平,接住小孩。不计空气阻力,下列说法中正确的是( )
A.用毯子将小孩上抛,毯子对小孩做正功,小孩机械能增加
B.小孩在空中上升时处于超重状态,下落过程处于失重状态
C.小孩由最高点下落,一接触到弹性毯子就立刻做减速运动
D.小孩由最高点下落至速度为零的过程中,小孩机械能守恒
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示,质量均为m的物块P、Q,物块P用细绳吊在天花板上,物块Q用轻弹簧吊在物块P下面,用竖直向上的推力推物块Q,使轻绳的拉力刚好为零,保持两物块静止不动。现撤去推力F,则在物块Q由静止向下运动到速度最大的过程中,(轻绳不会被拉断)
A. 物块Q的机械能一直增加
B. 初末两状态,物块Q的机械能相等
C. 物块Q的机械能不断减小,转化成了弹簧的弹性势能
D. Q重力势能的减少量大于Q动能的增加量
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】打乒乓球是青少年比较喜爱的一项体育活动,如图甲所示。相同的乒乓球1,2恰好在等高处水平越过球网,不计乒乓球的旋转和空气阻力,若把乒乓球看成一个质点,乒乓球自最高点到落台的过程简化成如图乙所示模型,下列说法正确的是( )
A.过网时球1的速度小于球2的速度
B.球1的飞行时间大于球2的飞行时间
C.球1的速度变化率等于球2的速度变化率
D.落台时,球1的速率等于球2的速率
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则这些电器一天消耗的电能约为( )
电器 | 消耗功率/W | 工作时间 |
电茶壶 | 2000 | 1 |
空调 | 1200 | 3 |
电视机 | 100 | 2 |
节能灯 | 16 | 4 |
路由器 | 9 | 24 |
A.B.C.D.
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】下列关于原子结构和原子核的说法中不正确的是( )
A. 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B. 天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C. 由图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
D. 由图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示,与水平面夹角为30°的粗糙斜面上有一质量m=1.0 kg的物体。轻绳的一端与物体相连,另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧测力计相连。物体静止在斜面上,斜面静止在地面上,弹簧测力计的示数为4.0 N。关于斜面和物体受力的判断(取g=10.0 m/s2),下列说法正确的是( )
A. 地面对斜面的摩擦力大小为零
B. 斜面受到的合力不为零
C. 斜面对物体的摩擦力大小为1.0 N,方向沿斜面向上
D. 斜面对物体的支持力大小为5 N,方向竖直向上
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】钳型电流表的外形和结构如图(a)所示,图(a)中电流表的读数为1.2A,图(b)中用同一电缆线绕了3匝,则( )
A. 这种电流表能测直流电流,图(b)的读数为2.4A
B. 这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为0.4A
C. 这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为3.6A
D. 这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图(b)的读数为3.6A
查看答案和解析>>
湖北省互联网违法和不良信息举报平台 | 网上有害信息举报专区 | 电信诈骗举报专区 | 涉历史虚无主义有害信息举报专区 | 涉企侵权举报专区
违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com