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題目:
【題目描述】
一個邊長為a = 1m的正方形水槽中裝滿了水。水槽的底部有一個小孔,水從該孔流出并以恒定的流量Q流出。現在水槽下方有一個可以移動的擋板,擋板的位置會影響水流的分布。擋板在初始位置時,水槽中的水均勻地分布在四個角落。
【問題】
當擋板向下移動時,水流的分布會發生怎樣的變化?請用牛頓第二定律和動量定理來解釋。
【解答】
擋板向下移動時,會改變水流的方向和分布。根據牛頓第二定律,擋板受到水的阻力和水的加速度成正比。當擋板向下移動時,水的阻力增大,水的加速度也會增大。由于水槽中的水是均勻分布的,所以四個角落的水流會受到更大的加速度,從而加速流出。而中間的水流則會受到較小的加速度,從而減速流出。
另一方面,根據動量定理,擋板對水的力會產生一個反作用力,即水流對擋板的反作用力。當擋板向下移動時,水流對擋板的反作用力會增大,從而使得擋板受到更大的推力。因此,擋板會受到更大的推力而向下移動。
綜上所述,當擋板向下移動時,水流的分布會發生明顯的變化。四個角落的水流會加速流出,而中間的水流則會減速流出。同時,擋板也會受到更大的推力而向下移動。
【例題分析】
本題主要考察了牛頓第二定律和動量定理的應用。通過分析水流和擋板的受力情況,可以得出水流分布的變化和擋板運動的情況。本題需要學生具有一定的物理分析和推理能力。
【答案】
擋板向下移動時,四個角落的水流會加速流出,而中間的水流則會減速流出。同時,擋板也會受到更大的推力而向下移動。
【評分標準】
本題主要考察學生的分析和推理能力,答案僅供參考。具體的評分標準可能會根據考試機構的要求而有所不同。