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如图为用于节水喷灌的转动喷水“龙头”的示意图,喷水口距离地面高度为h,用效率为η的抽水机,从地下H深的井里抽水,使水充满喷水口并以恒定的速率从该“龙头”沿水平喷出,喷水口截面积为S,其喷灌半径可达10h.求:带动抽水机的电动机的最小输出功率.(水的密度为ρ,不计空气阻力)
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解析:水从“龙头”沿水平喷出后做平抛运动,则
h=
1
2
gt2

10h=v0t
得:v0=
50gh

抽水机在t秒内抽的水的质量为m,根据动能定理可求得对m做的功为:
W=mg(H+h)+
1
2
m
v20
=ρSv0tg(H+h+
v20
2g
)=
50gh
ρStg(H+26h)

电动机的最小输出功率:P=
W
=
5
2gh
(26h+H)ρgs
η

答:带动抽水机的电动机的最小输出功率为
5
2gh
(26h+H)ρgs
η
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