以下是一些高考物理題中涉及到噴泉的題目:
1. 某噴泉噴嘴的截面積為S,噴泉開啟后,水從噴嘴噴出后做豎直上拋運動,在空中達到最大高度為H,設(shè)水做豎直上拋運動的最大速度為v_{m},水下落過程中重力對水做的功為W_{G},不計空氣阻力,求:
(1)水從噴嘴噴出的速度v_{0};
(2)噴泉噴出的水的流量(單位時間內(nèi)噴泉噴出的水的體積);
(3)水的落體過程中重力做功的平均功率。
2. 某噴泉的噴嘴半徑為1cm,噴泉開啟后,水從噴嘴以一定的速度豎直向上噴出,設(shè)水下落過程中重力對水做的功為W_{G},不計空氣阻力,求:
(1)水在空中運動的時間;
(2)每秒噴出的水的質(zhì)量。
這些題目主要考察了動量定理、能量守恒定律和功率的計算等物理知識,做題時要注意題目中的一些隱含條件。
【例題】
某噴泉廣場中央有一個噴泉,噴泉的噴嘴豎直向上,噴泉噴出的水柱的高度為h,在某一時刻,水從噴嘴豎直向上射出的速度為v0,求:
(1)在空氣中運動的水滴的運動軌跡是什么?
(2)水滴落到地面的速度大小是多少?
(3)若水柱的高度為h,水柱在空中運動的時間為多少?
(4)若水柱在空中運動的時間為t秒,求水柱在空中運動的位移大小。
【分析】
(1)水滴在空氣中運動時,受到重力和空氣阻力的作用,由于空氣阻力很小,可以忽略不計,因此可以認為水滴的運動是豎直上拋運動。
(2)水滴在空中運動時,受到重力作用,根據(jù)機械能守恒定律可知,水滴落地時的速度大小等于初速度v0的大小。
(3)根據(jù)自由落體運動的公式可求得水柱在空中運動的時間。
(4)根據(jù)位移公式可求得水柱在空中運動的位移大小。
【解答】
(1)水滴的運動軌跡是拋物線。
(2)根據(jù)機械能守恒定律可知,水滴落地時的速度大小為v = v0。
(3)根據(jù)自由落體運動的公式可得:h = 1/2gt2,解得t = sqrt(2h/g)秒。
(4)根據(jù)位移公式可得:x = vt = vsqrt(2h/g)秒。
【說明】本題考查了豎直上拋運動、自由落體運動和位移公式等知識,難度適中。解題的關(guān)鍵是理解空氣阻力對水滴的運動沒有影響,因此可以忽略不計。同時要注意位移公式的適用條件。