Question

【題目】閱讀短文，回答問(wèn)題．

噴 泉

噴泉是利用水泵將水噴酒成特定形態(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)使水飛高葉輪向外噴出，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．

音樂噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂的聲音頻率特征，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．流量指水泵単位時(shí)間內(nèi)噴出水的體積，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)的速度與模型的質(zhì)量M、水泵流量Q之間的關(guān)系如表二．

（1）欣賞音樂噴泉時(shí)，悅耳的聲音是通過(guò)_________傳入人耳的；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．卡通模型所受重力與水對(duì)模型的沖擊力是相互作用力

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．音樂噴泉通過(guò)采集聲音中的音調(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停噴，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)的速度為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UAB．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，UAB ≥6V時(shí)，UD保持6V不變．當(dāng)R的電功率滿足PR≥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】 空氣 大氣壓 D 6.48 0.75 0.02 20 40.5 400

【解析】

（1）聲音的傳播需要介質(zhì)，欣賞音樂噴泉時(shí)，悅耳的聲音是通過(guò)空氣傳入人耳的；由于水泵的葉輪中心區(qū)形成真空時(shí)，所以水池中的水在大氣壓的作用下不斷地進(jìn)入水泵內(nèi)；

（2）卡通模型所受重力與水對(duì)模型的沖擊力都作用在模型上，使模型懸停，所以，它們是一對(duì)平衡力，故A錯(cuò)誤；向上噴出的水在上升過(guò)程中，受到重力作用，速度越來(lái)越小，故B錯(cuò)誤；陽(yáng)光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的折射引起的，故C錯(cuò)誤；根據(jù)短文知道，音樂噴泉通過(guò)采集聲音中的音調(diào)信息控制水泵的轉(zhuǎn)速，故D正確；

（3）根據(jù)短文知道，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H=kn2，由表一知道，額定轉(zhuǎn)速是n=2900r

min，額定揚(yáng)程是H=8m，所以，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍時(shí)，揚(yáng)程為0.92×8m=6.48m；

根據(jù)題意知道，第二次調(diào)試過(guò)程四臺(tái)水泵消耗的電能相當(dāng)于一臺(tái)水泵單獨(dú)工作t=4×20s+4×70s=360s=0.1h所消耗的電能，根據(jù)表一知道，此過(guò)程消耗的電能是：W=Pt=7.5kw×0.1h=0.75kwh；

（4）根據(jù)表二知道，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之間的數(shù)量關(guān)系是：M=100vQ，所以，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)的流量是：Q=M/100v=10/100×5=0.02 m3/s，由于水的密度是1×103kg/m3，所以水泵每秒噴出水的質(zhì)量是：m=0.02 m3/s×1×103kg/m3=20kg；

（5）由圖像知道，當(dāng)t=3s時(shí)，UAB=15V，根據(jù)題意知道，此時(shí)，由于UAB ≥6V，UD保持6V不變，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知道，定值電阻R兩端的電壓UR=15V-6V=9V，由P=U2/R知道，電阻R的電功率是：PR=UR2/R=9V2/2Ω=40.5W；

根據(jù)題意知道，當(dāng)R的電功率滿足PR≥8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水，由P=U2/R知道，此時(shí)定值電阻兩端的電壓是：UR≥即此時(shí)AB兩端輸入電壓是U=UR+UD=4V+6V=10V，由圖像丙知道，周期是：T=6s，每個(gè)周期U>10V的時(shí)間是2s，當(dāng)該電路工作20min時(shí)，噴水時(shí)間共是：2s×20×60s/6s=400s。