河流含沙量(river sediment concentration) 是指單位體積的渾水中所含的泥沙的質量,用x表示.河流含沙量的大小不僅能體現(xiàn)水質好壞,也一定程度反映了某區(qū)域內自然資源的破壞情況和水土流失現(xiàn)狀.詳盡的研究河流多年的含沙量變化特征,可以對了解地域主要水源的水質變化、生物資源保護和生態(tài)環(huán)境安全等方面,皆具有重大意義.
因此,某學校的環(huán)保小組設計并進行了河水含沙量的研究.
研究方案如下:
【理論分析】
(1)分別以ρ水、ρ沙、ρ泥水表示水、泥沙、泥沙水的密度,推導出ρ泥水與ρ水、ρ沙、x的關系式;
(2)根據(jù)關系式,作出泥沙水的密度ρ泥水隨含沙量x變化的圖象.
【實驗驗證】
實驗步驟:
(1)在一個量筒里放入一定量干燥的黃土,再倒入一定量的清水,計算出含沙量x,并測出泥沙水的密度ρ泥水;
(2)接著再多次加入清水配制成不同密度的泥沙水,進行同樣的計算和測量,由此得出ρ泥水與x的多組數(shù)據(jù);
(3)然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出了表示泥沙水的密度與含沙量關系的ρ泥水-x圖象.
發(fā)現(xiàn)實驗結果獲得的圖象與之前理論分析畫出的圖象是一致的.
【實際測量】
在一次山洪沖刷地面時,采集一定體積的水樣,稱出其總質量.此前己經測出干燥的泥沙的密度.計算得到山洪水中的平均含沙量.
請你協(xié)助環(huán)保小組,完成以下任務:
(1)推導出ρ泥水與ρ水、ρ沙、x的關系式;
(2)根據(jù)關系式,作出泥沙水的密度ρ泥水隨含沙量x變化的圖象.
解:(1)設含沙量為x,則體積為V的泥沙水中,沙的質量為xV,
沙的體積為

,
水的體積為:V-

V,
水的質量為:ρ
水V(1-

),
水與沙的總質量為:ρ
水V(1-

)+xV,
泥沙水的密度:ρ
泥水=ρ
水(1-

)+x=ρ
水+x-

x=ρ
水+(1-

)x;
(2)設k=1-

,則ρ
泥水=ρ
水+kx,
泥沙水的密度隨含沙量x變化圖象如圖所示:

答:(1)ρ
泥水與ρ
水、ρ
沙、x的關系式為ρ
泥水=ρ
水+(1-

)x;
(2)泥沙水的密度ρ
泥水隨含沙量x變化的圖象如上圖所示.
分析:設含沙量為x,則體積為V的泥沙水中,沙的質量為xV,利用密度公式求沙的體積,進而得出水的體積、水的質量,可求水與沙的總質量,從而得出泥沙水的密度(泥沙水的密度與含沙量x的關系式),據(jù)此畫出圖象.
點評:本題考查了學生對密度公式的掌握和運用,涉及到求混合物的密度和畫圖象,屬于難題!