题目内容

流量表示单位时间内通过某一横截面的流体的体积,用字母Q表示,定义式为Q=
Vt
.
(1)如图甲所示,水流在粗细均匀的水平管道内向右匀速流动,设水流速度为v,管内通道的横截面积为S.取一段管道AB,水从A端流到B端所用时间为t,则AB间水柱的体积V=
vtS
vtS
(要求用S、v、t表示),据定义可导出流量又可表示为Q=
vS
vS
.
(2)打开水龙头,自来水通过导管流过如图乙所示的玻璃管,待水流稳定后,比较图中1、2两处的流速,
2
2
处的流速较大;比较C、D玻璃管中的水面高度,
C
C
管中的水面较高.
(3)打开水龙头后,只要水流不散开,就可以观察到水柱越来越细,如图丙所示.请你指出产生这种现象的原因:
水往下流时,重力势能转化为动能,速度变大,而流量保持不变,根据Q=vS可知,水柱的横截面积将减小
水往下流时,重力势能转化为动能,速度变大,而流量保持不变,根据Q=vS可知,水柱的横截面积将减小
.(提示:流量不变)
分析:(1)已知水流的速度和流动的时间,根据公式S=vt可求水流过的路程,还知管道的横截面积,可求水柱的体积,已知Q=
V
t
,把体积表达式代入,可求流量的表达式.
(2)流量等于流速与横截面积的乘积,1、2两处流量相等,但是2处横截面积小,所以流速大,然后用流体压强与流速关系来判断C、D两处液柱高低;
(3)在流量不变时,根据流速与横截面积的关系可解释此题.
解答:解:(1)AB间水柱的长度可用水的流速乘以时间计算,即L=vt,再用长度乘以横截面积即可得到水柱的体积V=LS=vtS;
根据流量的定义Q=
V
t
可得Q=vS,它表示流量等于流速与横截面积的乘积;
(2)在1、2两处流量相等时,根据公式Q=vS可知:2处横截面积s小,水的流速v就大,由于流速大的位置压强小,所以D处压强小、水面低,C处压强大、水面高.
(3)水往下流时,重力势能转化为动能,速度变大,而流量保持不变,根据Q=vS可知,水柱的横截面积将减小.因此,水柱越来越细.
故答案为:(1)vtS;vS;(2)2;C;(3)水往下流时,重力势能转化为动能,速度变大,而流量保持不变,根据Q=vS可知,水柱的横截面积将减小.
点评:这是一道综合题目,考查了路程计算、体积计算以及流体压强和流速的关系,并且训练了我们的发散思维.
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