题目内容

11.为了探究水流射程与排水孔高度的关系,某研究性学习小组设计了如图1所示的实验装置.取一只较高的塑料瓶(如可乐饮料瓶)在侧壁的母线上钻一排小孔,保持小孔的间距约为2.5cm,在每个小孔中紧插一段圆珠笔芯的塑料管,作为排水管.再剪若干小段软塑料管,将其一头加热软化封闭起来,作为排水管的套帽.先后只打开其中某一小孔,让水流出,测得此时刻该水流的射程为s和其对应排水孔到底面的高度为h,利用描点法就可画出h~s的图象.请你分析这一实验,并回答:
(1)实验时需要逐次让不同管口的喷水,每次实验时应在哪些相同的条件下进行实验?A
A.每次实验时液面初始高度保持为H
B.塑料瓶侧壁上不同的小孔的孔径d应相同
C.不同组别实验时所用的塑料瓶口径D应相同
D.为得到正确的实验结论,应选用规则的柱形容器
(2)根据所学知识,你能否先猜想一下:
①s-h图象大致是图2中所示的a、b、c三条曲线中的哪一条?a.
②水孔高度h为多少时水流射程最大?$\frac{H}{2}$(以图中字母表示).
(3)根据你所学的知识,试从理论上证明你的猜想.水流出做平抛运动,根据平抛运动知识得,水流射程s=vt,其中v为水流射出时的初速度,t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$,对小孔射出的水流应用机械能守恒定律得:mg(H-h)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,v=$\sqrt{2g(H-h)}$,故s=vt=$2\sqrt{h(H-h)}$,由数学基本不等式得,当h=H-h时,即h=$\frac{H}{2}$时,s有极大值smax=H..

分析 (1)实验中水孔的高度不同,水流出的初速度不同,研究不同高度下平抛运动的水平位移,只要保证每次实验时液面初始高度为H即可.
(2、3)根据机械能守恒定律和平抛运动的规律得出水平位移的表达式,结合数学知识分析求解.

解答 解:(1)实验中使得水从不同管口中喷水,做平抛运动,根据mg(H-h)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,v=$\sqrt{2g(H-h)}$,高度不同,平抛运动的初速度不同,实验时只要保证面初始高度保持为H不变即可,故选:A.
(2、3)水流出做平抛运动,根据平抛运动知识得,水流射程s=vt,其中v为水流射出时的初速度,t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$,对小孔射出的水流应用机械能守恒定律得:mg(H-h)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,v=$\sqrt{2g(H-h)}$,故s=vt=$2\sqrt{h(H-h)}$,根据上式可得,h-s的图象为a.
根据s=$2\sqrt{h(H-h)}$,由数学基本不等式得,当h=H-h时,即h=$\frac{H}{2}$时,s有极大值smax=H.
故答案为:(1)A,(2)①a,②$\frac{H}{2}$.(3)水流出做平抛运动,根据平抛运动知识得,水流射程s=vt,其中v为水流射出时的初速度,t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$,对小孔射出的水流应用机械能守恒定律得:mg(H-h)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,v=$\sqrt{2g(H-h)}$,故s=vt=$2\sqrt{h(H-h)}$,由数学基本不等式得,当h=H-h时,即h=$\frac{H}{2}$时,s有极大值smax=H.

点评 解决本题的关键知道平抛运动的规律,能够运用平抛运动分析实际生活中的问题.将理论联系实际,这是高考命题的趋势.

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