题目内容

【题目】节水喷灌系统已经在北京很多地区使用,现已成为改善首都环境的重要方式,某节水喷灌系统可简化为如图所示模型,喷口横截面积s=4cm2, 距离地面的高度h=1.8 m,能沿水平方向旋转,水从管口以不变的速度源源不断的沿水平方向射出,水落地的位置到管口的水平距离是x=6.0m, 若所用的水是从井下抽取的,井中水面离地面的高度H=18.0m,并一直保持不变。水泵由电动机带动,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3(计算中g取10m/s2、π=3)

(1)求这个喷灌系统从管口射出水的速度多大?;

(2)求水泵抽水的功率是多少?

(3)设想改用太阳能电池给该系统供电,假设系统总是以上述恒定喷水速度工作,在某地区用太阳能电池组产生的电能供该系统使用,根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积s(结果保留两位有效数字)

已知:太阳辐射的总功率P0=4×1026W,太阳到地球的距离,太阳光传播到达地面的过程中大约有的能量损耗,该系统所用太阳能电池的能量转化效率为。电动机的抽水效率为75%

【答案】(1)10m/s;(2)992W;(3)8.5m2。

【解析】

试题分析:(1)离开水管水做平抛运动…(2分)

水平方向 x=v0t ①…(1分)

竖直方向h=gt2 ②(1分)

代值 t=0.6s,v0=10m/s…(2分)

(2)每秒钟水泵对水做的功W=mg(h+H)+mv02 ③…(2分)

m=ρv体 ④…(1分)v体=S·v0t ⑤(1分)t=1s

代值m=4kg(1分) W=992J P==992W(1分)

(3)当太阳垂直电池板照射时所需面积最小设为S…(1分)

若无能量损失,太阳能电池接收太阳能功率P′, =…(1分)S0=4πr2…(1分)

太阳能电池实际接收功率P=(1-30%)P′;由于P机=992W=P×15%×75%(1分)代值得S=8.5m2(1分)

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