高中物理 流體 第一部分：高中物理復(fù)習(xí)3 流體建模 高中物理第2輪復(fù)習(xí)3 流體建模 1.球面輻射1.（2011海淀模型1） 近年來，隨著手機的廣泛使用，無線電臺（基站）分布越來越密集，電磁輻射污染話題越來越受到人們的關(guān)注。其實電磁輻射并不可怕，只要控制在可以接受的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，是不會危害人體健康的。我國制定的基站輻射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人體的電磁輻射強度（單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的電磁輻射能量）不得超過0.40W/m2。假如某基站的電磁輻射功率為40W，那么下面的數(shù)據(jù)是對人體到基站的最小安全距離的估算。正確的是 A.1.0m B.10m C.1.0×102m D.1.0×103m 二、力的平衡 2、高血壓已成為危害人類健康的常見病，人們發(fā)現(xiàn)血管變細(xì)是其原因之一。研究這個問題，可以作一些簡化和假設(shè)：假設(shè)血液在通過一定長度的血管時所遇到的阻力f與血流速度v成正比，即f=kv（式中k與血管壁厚無關(guān)）。為保持血液的均勻流動，需在血管兩端有一定的壓差。設(shè)血管內(nèi)徑為d時，所需的壓差為△p。若血管內(nèi)徑縮小為d'，為維持相同時間內(nèi)流動的血液量，壓力差須變成（）A. 3.（2015海淀零點模型23.）洋流又稱海流，是指海洋表面水常年向一定方向大規(guī)模、比較穩(wěn)定的流動。
由于海水中含有大量的正負(fù)離子，這些離子隨著海流作定向運動。如果有足夠強的磁場，使海流中的正負(fù)離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就可以用來發(fā)電。圖為利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機原理圖。發(fā)電管道為長為L、寬為d、高為h的矩形水平管道。發(fā)電管道的上下兩側(cè)為絕緣板，南北兩側(cè)M、N為導(dǎo)體板，電阻可忽略不計。兩塊導(dǎo)電板連接著開關(guān)S和固定電阻R，整個管道處于一個垂直向上、磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中。為了簡化問題，可以認(rèn)為開關(guān)閉合前后，發(fā)電管道內(nèi)海水以恒定的速率v向東流動，發(fā)電管道相當(dāng)于電源，M、N端相當(dāng)于電源正極、負(fù)極，發(fā)電管道內(nèi)海水的阻力為r(可看作電源內(nèi)阻)。管道內(nèi)海水的摩擦阻力保持不變，其大小為f，忽略地磁場的影響。(1)確定M、N哪一端為電源正極，計算此發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢；(2)為保證發(fā)電管道內(nèi)海水以恒定的速度流動，發(fā)電管道進出口處必須保持一定的壓差。請推導(dǎo)開關(guān)閉合時，發(fā)電管道兩端壓差F與發(fā)電管道內(nèi)海水流速v的關(guān)系；（3）發(fā)電管道進出口壓差F的功率可看作發(fā)電機的輸入功率，固定電阻R所消耗的電功率與輸入功率之比可定義為發(fā)電機的效率，計算開關(guān)閉合后發(fā)電機的效率η；在發(fā)電管道形狀確定的條件下，管道內(nèi)海水的阻力r、外界阻力R和管道內(nèi)海水的摩擦阻力f保持不變，為提高發(fā)電機的效率，簡述可采取的措施。
圖10 △p B.（）2△p C.（）3△p D.（）4△p 三、動量定理 4.為估算池塘中睡蓮葉面在雨滴沖擊下產(chǎn)生的平均壓強，小明在下雨天在露臺上放置一個圓柱形水杯，測量發(fā)現(xiàn)杯中的水在1.0小時內(nèi)上升了45mm。經(jīng)查詢，雨滴的垂直下落速度約為12m/s。據(jù)此估算出壓強約為（ ）（假定雨滴打在睡蓮上后沒有反彈，忽略雨滴的重力，雨水的密度為1×103kg/m3） A. 0.15Pa B. 0.54Pa aC .1.5Pa D .5.4Pa 5.如圖所示，一個下裝有輪子的儲氣瓶停在光滑的水平地面上，左端與垂直壁面接觸。現(xiàn)打開尾閥，氣體便會噴出，設(shè)噴嘴面積為S，氣體密度為ρ高中物理 流體，氣體噴出速度為v，則氣體剛噴出時儲氣瓶頂端對垂直壁面所施加的力為 A. ρvSB。 C.ρv2S D.ρv2S 6、有一艘宇宙飛船，其艦首面積S=0.98m2，以速度v=2×103m/s飛入一個宇宙粒子塵埃區(qū)，每個粒子的平均質(zhì)量m=2×10-4g。設(shè)該塵埃區(qū)每立方米空間有一個粒子，則要將飛船的牽引力加大多少，才能保持飛船速度不變？（假設(shè)粒子與飛船外殼相撞后粘附在飛船上） 7、科學(xué)家設(shè)想在未來航天事業(yè)中利用太陽能電池板為星際飛船加速。在神舟五號載人飛船在軌運行過程中，成功實施了飛船上太陽能電池板的展開試驗。設(shè)航天器所在位置每單位面積（m2）每秒接收的光子數(shù)為n，光子平均波長為λ，太陽能電池板面積為S，反射率為100%，光子動量p=h/λ。設(shè)太陽光垂直照射太陽能電池板，航天器總質(zhì)量為m，求航天器加速度的表達式。若太陽能電池板為黑色，則航天器的加速度為多少？ 8.（2013北京24.）（20分） 對于同一個物理問題，往往可以從宏觀和微觀兩個不同的角度去研究它，找出它的內(nèi)在聯(lián)系，從而對其物理本質(zhì)有更深的認(rèn)識。
（1）一根截面積為S、長度為L的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有n個自由電子，電子電荷為e。當(dāng)有電流流過導(dǎo)線時，設(shè)自由電子沿某一方向運動的速度為va，計算導(dǎo)線中的電流I；b.將導(dǎo)線置于均勻磁場中，電流方向垂直于磁感應(yīng)強度B。導(dǎo)線上安培力的大小為F，導(dǎo)線中自由電子所受的洛倫茲力的大小之和為F，可推導(dǎo)出F=F。（2）一個立方密閉容器內(nèi)有大量運動粒子，每個粒子的質(zhì)量為m，單位體積內(nèi)粒子數(shù)n為常數(shù)。為簡化問題，我們假設(shè)：粒子尺寸可以忽略；其速度為v，與容器各個表面碰撞的機會相等；在與氣體壁面碰撞前后，粒子的速度方向垂直于壁面，速度保持不變。利用所學(xué)的力學(xué)知識，推導(dǎo)壁面單位面積壓強f與m、n、v的關(guān)系。 9.（2014北京24.）（20分） 導(dǎo)體切割磁通線的運動可以從宏觀和微觀兩個角度理解。如圖所示，固定在水平面上的U型導(dǎo)線架處于垂直向下的均勻磁場中。金屬直導(dǎo)線MN在與其垂直的水平恒力F作用下，在線架上以勻速v運動，速度v與恒力F方向相同；導(dǎo)線MN始終與導(dǎo)線架組成閉合電路。已知導(dǎo)線MN的電阻為R，它的長度L恰好等于平行軌道間的距離，磁場的磁感應(yīng)強度為B。忽略摩擦阻力和導(dǎo)線架的阻力。 (1)通過公式推導(dǎo)驗證：在時間？t內(nèi)，F(xiàn)對導(dǎo)線MN所作的功W等于電路得到的電能，也等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的焦耳熱Q； (2)設(shè)導(dǎo)線MN的質(zhì)量為m=8.0g，長度L=0.10m，感應(yīng)電流為I=1.0A，設(shè)一個原子貢獻1個自由電子ve（下表列出了您可能需要的一些數(shù)據(jù)）； (3)經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻來源于定向運動的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞。
展開想象的翅膀，給出一個合理的自由電子運動模型；在此基礎(chǔ)上，求出導(dǎo)線MN中金屬離子沿導(dǎo)線長度方向?qū)σ粋€自由電子所受的平均力f的表達式。四、動能定理10、如圖所示，是利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體的裝置示意圖。水平放置一根邊長為L、橫截面積為正方形的塑料管，在其右端面有一個截面積為A的小噴口網(wǎng)校頭條，噴口距地面的高度為h。管內(nèi)有絕緣活塞。兩根金屬棒a、b分別嵌在活塞的中上部，棒b兩端接電壓表。整個裝置置于垂直向上的均勻磁場中。當(dāng)垂直于紙面的棒a中通過恒定電流I時，活塞將液體以勻速向右推動，并從噴口水平噴出。噴嘴到液體降落點的水平距離為S。設(shè)液體的密度為ρ，忽略一切阻力，求：（1）活塞的速度；（2）裝置的功率；（3）磁感應(yīng)強度B的大小；（4）實際使用中如發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)偏小，試分析可能的原因。五、大型風(fēng)車模型11.（2008北京23.）風(fēng)能將成為21世紀(jì)可以大規(guī)模開發(fā)的可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機組是把風(fēng)能（氣流的函數(shù)）轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其主要部件有風(fēng)力渦輪機、齒輪箱、發(fā)電機等。如圖所示。（1）風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電能利用總電阻為的線路向外傳輸。傳輸功率、傳輸電壓，求導(dǎo)線上損失的功率與傳輸功率的比值； （2）風(fēng)力機葉片旋轉(zhuǎn)掃過的面積，是風(fēng)力機可接收風(fēng)能的面積。
設(shè)空氣密度為p，空氣速度為v，風(fēng)力機葉片長度為r。計算單位時間內(nèi)流向風(fēng)力機的最大風(fēng)能Pm；在風(fēng)速和葉片數(shù)一定的情況下，為增加風(fēng)力機單位時間內(nèi)接收到的風(fēng)能，簡述可采取的措施。 （3）已知風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率P與Pm成正比，當(dāng)風(fēng)速v為19m/s時，某風(fēng)力發(fā)電機可輸出功率P1=540kW。我國某地區(qū)風(fēng)速不小于v2=6m/s的時間每年約為5000小時。試估算這臺風(fēng)力發(fā)電機在該地區(qū)每年的最低發(fā)電量。 第二部分：高中物理固體和液體講義 固體和液體 我們知道，分子在不斷地作無規(guī)則的運動，并且它們之間存在著相互作用。分子力的作用使分子聚集，分子的無規(guī)則運動使分子分散。這兩個對立的因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài)：固體、液體和氣體。物理學(xué)也把固體和液體的狀態(tài)稱為凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理學(xué)是發(fā)展最快的物理學(xué)分支之一。固體和液體都是凝聚態(tài)，它們有一個共同的特點：它們的分子之間的距離和分子本身的尺寸是同一個數(shù)量級，因此分子間有很強的相互作用。這就使固體和液體都很難被壓縮，在微觀結(jié)構(gòu)上也不像氣體那樣雜亂無章。固體可分為晶體和非晶態(tài)固體兩大類。晶體具有規(guī)則的幾何形狀，如鹽晶體為立方體，明礬晶體為八面體，石英晶體中間為六面棱柱，兩端為六面金字塔形。冬天的雪花是空氣中水蒸氣凝結(jié)形成的冰晶。它們的形狀雖然不同，但一般都是六邊形的規(guī)則圖案。非晶態(tài)固體沒有規(guī)則的幾何形狀。除了外觀上的不同，晶體和非晶態(tài)固體在物理性質(zhì)上也有所區(qū)別。實驗：取一塊云母片，在上面涂上一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針接觸云母片，觀察接觸點周圍石蠟熔化后形成的形狀。然后在玻璃片上做同樣的實驗。從實驗中我們可以看到，熔化的石蠟在云母片上是橢圓形的，而在玻璃片上卻是圓形的。實驗現(xiàn)象表明，云母晶體在各個方向上的熱導(dǎo)率是不同的，而非晶態(tài)玻璃在各個方向上的熱導(dǎo)率是相同的。晶體不僅在不同的方向上熱導(dǎo)率不同，而且機械強度、電導(dǎo)率等其他物理性質(zhì)也不同。也就是說，晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)，這種性質(zhì)叫做各向異性。非晶態(tài)晶體的各種物理性質(zhì)在各個方向上都是相同的，所以是各向同性的。簡而言之，晶體在外觀上具有規(guī)則的幾何形狀，有一定的熔點，有些物理性質(zhì)是各向異性的；非晶態(tài)晶體在外觀上沒有規(guī)則的幾何形狀，沒有一定的熔點，有些物理性質(zhì)是各向同性的。實際上，一種物質(zhì)可能以晶體和非晶態(tài)兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是說，一種物質(zhì)是晶體還是非晶態(tài)并不是絕對的。例如，天然水晶就是晶體，而經(jīng)熔化后再凝結(jié)而成的水晶（即石英玻璃）則是非晶態(tài)。許多非晶態(tài)晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)變成晶體。固體的微觀結(jié)構(gòu)。組成晶體的物質(zhì)粒子（分子或原子、離子）按一定的規(guī)律在空間整齊排列，晶體中物質(zhì)粒子之間的相互作用很強，粒子的熱運動不足以克服它們之間的相互作用而移開。粒子的熱運動表現(xiàn)為在某一平衡位置附近不斷的小振動。從1912年起，人們利用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)，證實了這一假說的正確性。現(xiàn)在，人們利用電子顯微鏡直接觀察和拍攝晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進一步證實了這一假說的正確性。食鹽晶體結(jié)構(gòu)示意圖顯示，食鹽晶體是由鈉離子Na+和氯離子CI-等距排列、交錯排列在三組相互垂直的平行線上，因此食鹽具有規(guī)則的立方體形狀。晶體形狀的規(guī)則性可以用物質(zhì)粒子的規(guī)則排列來解釋。同樣，晶體的各向異性也是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。左圖為晶體物質(zhì)粒子在平面上的排列，從圖中可以看出，在不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上，物質(zhì)粒子的數(shù)量是不同的。 AB線上物質(zhì)粒子較多高中物理 流體，AD線上物質(zhì)粒子較少，AC線上物質(zhì)粒子就更少了。正是由于物質(zhì)粒子在不同方向上的排列不同，才使得晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同。有些物質(zhì)由于其物質(zhì)粒子可以形成不同的晶體結(jié)構(gòu)，所以可以生成幾種不同類型的晶體。例如碳原子如果按圖A所示排列，就變成石墨，如果按圖B所示排列，就變成金剛石。石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層間距離大，相互作用較弱，沿此方向很容易將石墨一層層剝落。石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地較軟，可用來制作粉狀潤滑劑、鉛筆芯等。金剛石中碳原子間的相互作用很強，所以金剛石具有很大的硬度，可用來切割玻璃，如果裝在鉆機的鉆頭上，可以鉆入堅硬的巖石中。石墨和金剛石除了力學(xué)性能不同外，在其他物理性能上也有很大的區(qū)別。例如石墨密度小，金剛石密度大；石墨能導(dǎo)電，金剛石不能。能形成不同晶體的不僅僅是碳，其他元素也能做到這一點。例如黃磷和紅磷的化學(xué)組成相同，但黃磷具有立方體結(jié)構(gòu)，而紅磷與石墨一樣具有層狀結(jié)構(gòu)。液體的微觀結(jié)構(gòu)液體的性質(zhì)介于氣體和固體之間。一方面它像固體一樣，有一定的體積，不易被壓縮；另一方面它又像氣體一樣，沒有一定的形狀，具有流動性。液體的這些性質(zhì)是由它的微觀結(jié)構(gòu)決定的。液體在汽化時，其體積可以發(fā)生數(shù)千倍的變化；而在凝固時，其體積會減少約10%。這表明液體分子的排列方式更接近固體。與固體一樣，液體中的分子也緊密地堆積在一起，因此液體具有一定的體積，不易被壓縮。然而液體分子之間的相互作用并不像固體中顆粒之間的相互作用。