
请结合守恒思想和力学相关知识,回答下列问题:
(1)在实际生活中经常看到这种现象:适当调整开关,可以看到从水龙头中流出的水柱越来越细,这是由于流体的连续性和质量守恒。如图1所示,垂直于水柱的横截面可视为圆。在水柱上取两个横截面A、B,面积分别为、
,经过A、B的水流速度大小分别为
、
,由于流体的连续性和质量守恒,单位时间内通过任一截面的体积相等,则有
。若A、B直径分别为
、
,且
。求:水流的速度大小之比
。
(2)如图2所示:水平桌面上有一盛有水的大容器,其侧面安装有一个水平的短细管,水能够从细管中喷出;根据(1)中的,由于容器中水面的面积
远远大于细管内的横截面积
,所以容器中液面下降的速度比细管中的水流速度小很多,可以忽略不计。
假设水不可压缩,而且没有粘滞性。重力加速度为g,当细管到液面的距离为h时,求:细管中的水流速度v的大小。
(3)如图2所示,细管中的水在水平桌面上的射程x与细管所安的高度有关。当细管到液面的距离为时,x有最大值。已知大容器中液面到容器底的距离为H,忽略液面高度的变化,求:
与H之比。
【答案】(1)1:4;(2);(3)1:2
【知识点】平抛运动速度的计算、利用机械能守恒定律解决简单问题
【详解】(1)根据质量守恒定律,相等的时间通过任一截面的质量相等,即水的流量相等
故这两个截面处水流的流速之比
(2)据机械能守恒可知,液面上质量为m的薄层水的机械能等于细管中质量为m的小水柱的机械能,设细管处为零势能面,所以有
得
(3)小水柱做平抛运动,水平方向
x=vt
竖直方向
解得
则当时x最大,
与H之比
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