Question

某景觀噴泉的噴射裝置截面如圖所示，它由豎直進(jìn)水管和均勻分布在同一水平面上的噴嘴組成．噴嘴與進(jìn)水管中心的距離為r，離水面的高度為h．水泵啟動后，水從水池壓到噴嘴并沿徑向水平噴出，在水面上的落點(diǎn)與進(jìn)水管中心的水平距離為R．已知水泵的輸出功率恒為P，重力加速度為g，忽略水泵到水面的距離，不計(jì)水進(jìn)入水泵時的速度以及水在管道和空中運(yùn)動時的機(jī)械能損失．求：
（1）水從噴嘴噴出時的速率v；
（2）在水從噴嘴噴出到落至水面的時間內(nèi)，水泵對水做的功W和輸送水的總質(zhì)量m．

Answer 1

分析：（1）水從噴嘴噴出后，做平拋運(yùn)動，根據(jù)高度求出平拋運(yùn)動的時間，結(jié)合水平位移求出水從噴嘴噴出時的速率．
（2）根據(jù)W=Pt求出水泵對水所做的功，結(jié)合動能定理求出輸送水的總質(zhì)量．

解答：解：（1）水從噴嘴水平噴出后，運(yùn)動的時間為t，由平拋運(yùn)動的規(guī)律得
R-r=vt
h=

1

2

gt2
解得v=(R-r)

g 2h

．
（2）在時間t內(nèi)，水泵對水做的功W=Pt=P

2h g

．
由動能定理有：W-mgh=

1

2

mv2
解得m=

4Ph 2gh

g2[4h2+(R-r)2]

答：（1）水從噴嘴噴出時的速率v=(R-r)

g 2h

．
（2）水泵對水做的功W=P

2h g

，輸送水的總質(zhì)量為

4Ph 2gh

g2[4h2+(R-r)2]

．

點(diǎn)評：本題考查了平拋運(yùn)動在實(shí)際生活中的運(yùn)用，知道平拋運(yùn)動在水平方向和豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式和動能定理進(jìn)行求解．