题目内容

10.如图所示,一两端开口的细长试管插入一封闭容器中,试管内外的液面有高度差,管内液面高度为H,管内液面到容器底部的距离为h,若将底部阀门打开,瞬间水流喷出时的速率为$\sqrt{2gh}$(阀门高度远小于h)

分析 由平衡条件求出容器内气体的压强,
由牛顿第二定律求出打开阀门时水的加速度,
然后应用匀变速运动的速度位移公式求出水的速度.

解答 解:设大气压为:p0,容器内气体压强为:p,
则:p+ρg(H-h)=p0
设阀门的面积为S,打开阀门瞬间有长度为L的水喷出,由于时间很短,喷出的水可以认为做初速度为零的匀加速直线运动,
水的质量:m=ρSL  ②,
对喷出的水,由牛顿第二定律得:pS-p0S=ma  ③,
由匀变速直线运动的速度位移公式得:v2=2aL   ④,
由①②③④解得:v=$\sqrt{2gh}$;
故答案为:$\sqrt{2gh}$.

点评 本题考查了求水喷出时的速度,求出封闭气体压强、应用牛顿第二定律、运动学公式可以解题,本题也可以应用动能定理求解,解题时要注意微元法的应用.

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