Question

【題目】閱讀短文，回答問(wèn)題。

噴泉

噴泉是利用水泵將水噴灑成特定形態(tài)的水表演藝術(shù)。水泵由電機(jī)帶動(dòng)工作時(shí)，水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使水飛離葉輪向外噴出，從而在葉輪中心區(qū)形成真空，將池中的水不斷“吸”上來(lái)。水泵轉(zhuǎn)速恒定時(shí)， 噴出的水柱高度穩(wěn)定。

音樂(lè)噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂(lè)的聲音頻率特征，并將其轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，用以改變輸入電機(jī)的電源頻率；電源頻率的改變使水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)水柱高度的目的。水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比。流量指水泵單位時(shí)間內(nèi)噴岀水的體積，揚(yáng)程指水泵能將水提升的高度。

圖甲所示的是一游樂(lè)噴泉向上噴出的水柱使卡通模型懸停在空中的照片，噴泉使用的水泵的部分參數(shù)如表一。模型懸停在空中時(shí)，水沖擊到模型時(shí)的速度v與模型的質(zhì)量M、水泵流量Q之間的關(guān)系如表二。

表一
額定轉(zhuǎn)速	2 900 r/min
額定流量Q	0. 04 m/s
額定揚(yáng)程H	8 m
額定功率	7. 5 kW
表二
速度/m s 1		1.0	2.0		3.0	4.0	6.0
質(zhì)量M/kg		3.0	6.0		12.0	12.0	12.0
流量Q/m3 s l		0. 03	0. 03		0. 04	0. 03	0. 02

(1)水泵的葉輪中心區(qū)形成真空時(shí)，水池中的水在_______的作用下不斷地進(jìn)入水泵內(nèi)；

(2)下列關(guān)于噴泉的有關(guān)說(shuō)法，正確的是_______ ；

A.噴泉水泵所使用的電機(jī)運(yùn)用了電磁感應(yīng)原理

B.向上噴出的水在上升過(guò)程中的速度處處相等

C.陽(yáng)光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的反射引起的

D.音樂(lè)噴泉通過(guò)釆集聲音中的音調(diào)信息控制水泵的轉(zhuǎn)速

(3)某噴泉裝有四臺(tái)參數(shù)如表一的水泵。第一次調(diào)試時(shí)水泵轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍，則此時(shí)揚(yáng)程為____m； 第二次調(diào)試時(shí)四臺(tái)水泵都在額定功率下工作，每臺(tái)水泵先依次各噴20s，然后一起噴70s后停止，則這次調(diào)試過(guò)程四臺(tái)水泵消耗的電能為_______kwh；

(4)分析表二數(shù)據(jù)，當(dāng)卡通模型的質(zhì)量為10kg，水沖擊模型時(shí)的速度5.0m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的流量為_____m3/s，水泵每秒噴出水的質(zhì)量為_____kg；

(5)如圖乙為控制噴泉斷續(xù)工作的模擬電路，AB兩端輸入如圖丙所示的周期性變化的電壓曲。定值電阻 R =2Ω，D為電子元件，當(dāng)UAB<6V時(shí)，D兩端的電壓UD等于輸入電壓，UAB6V時(shí)，UD保持6V不變。當(dāng)R的電功率滿足P≥8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水。則t =3s時(shí)電阻R的電功率為_______W；該電路工作20min，噴水時(shí)間共為____s。

Answer 1

【答案】大氣壓 D 6.48 0.75 0.02 20 40.5 400

【解析】

(1)[1]水泵由電機(jī)帶動(dòng)工作時(shí)，水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使水飛離葉輪向外噴出，從而在葉輪中心區(qū)形成真空，使其內(nèi)部氣壓小于外界大氣壓，在外界大氣壓的作用下將水壓入抽水機(jī)或水泵內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)把水從低處壓到高處的目的。

(2)[2]A．噴泉水泵所使用的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用，故A項(xiàng)不正確；

B．向上噴出的水在上升過(guò)程中,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，動(dòng)能減小，所以速度越來(lái)越小，故B項(xiàng)不正確；

C．陽(yáng)光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的色散引起的，故C項(xiàng)不正確；

D．音樂(lè)噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂(lè)的聲音頻率特征控制水泵的轉(zhuǎn)速，頻率不同體現(xiàn)了聲音的音調(diào)不同，故D項(xiàng)正確。

故選D。

(3)[3]根據(jù)題意知：揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，第一次調(diào)試時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍，則此時(shí)的揚(yáng)程為額定功率時(shí)的(0.9)2倍，即此時(shí)的揚(yáng)程為

[4]第二次調(diào)試過(guò)程四臺(tái)水泵所用時(shí)間

根據(jù)表一知道，此過(guò)程消耗的電能是

(4)[5]分析表格二，可以發(fā)現(xiàn)水沖擊到模型的速度、水泵的流量和模型的質(zhì)量有一定的關(guān)系，

即

由第一次數(shù)據(jù)可求k為

所以

故當(dāng)卡通模型的質(zhì)量為10kg，水沖擊模型時(shí)的速度為5.0m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的流量為

即水泵每秒噴出水的體積為0.02m3。

[6]水泵每秒噴出水的質(zhì)量

(5)[7]根據(jù)題意知：當(dāng)UAB<6V時(shí)，D兩端的電壓UD等于輸入電壓，UAB6V時(shí)，UD保持6V不變。

當(dāng)t=3s時(shí)，UAB=15V，此時(shí)UD=6V，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)知：定值電阻兩端的電壓為

電阻R的電功率為

[8]當(dāng)R的電功率滿足PR8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水，所以當(dāng)PR=8W時(shí)，R兩端的電壓為

這個(gè)電壓為能否噴水的臨界電壓，所以

由圖知0~3s時(shí)，UAB的電壓均勻增加，3s時(shí)達(dá)到15V，故2s時(shí)電壓為10V，即一個(gè)周期的2~4s內(nèi)，UAB10V，則有三分之一的時(shí)間在噴水，所以20min=1200s，則噴水時(shí)間共為