Question

【題目】閱讀短文，回答問(wèn)題．

噴 泉

噴泉是利用水泵將水噴酒成特定形態(tài)的水表演藝術(shù)．水泵由電機(jī)帶動(dòng)工作時(shí)，水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使水飛高葉輪向外噴出，從而在葉輪中心區(qū)形成真空，將池中的水不斷“吸”上來(lái)．水泵轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，噴出的水柱高度穩(wěn)定．

音樂(lè)噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂(lè)的聲音頻率特征，并將其轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，用以改變輸入電機(jī)的電源頻率；電源頻率的改變使水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)水柱高度的目的．水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比．流量指水泵単位時(shí)間內(nèi)噴出水的體積，揚(yáng)程指水泵能將水提升的高度．

圖甲所示的是一游樂(lè)噴泉向上噴出的水柱使卡通模型懸停在空中的照片，噴泉使用的水泵的部分參數(shù)如表一．模型懸停在空中時(shí)，水沖擊到模型時(shí)的速度與模型的質(zhì)量M、水泵流量Q之間的關(guān)系如表二．

（1）欣賞音樂(lè)噴泉時(shí)，悅耳的聲音是通過(guò)_________傳入人耳的；水泵的葉輪中心區(qū)形成真空時(shí)，水池中的水在________的作用下不斷地進(jìn)入水泵內(nèi)．

（2）下列關(guān)于噴泉的有關(guān)說(shuō)法，正確的是_________．

A．卡通模型所受重力與水對(duì)模型的沖擊力是相互作用力

B．向上噴出的水在上升過(guò)程中的速度處處相等

C．陽(yáng)光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的反射引起的

D．音樂(lè)噴泉通過(guò)采集聲音中的音調(diào)信息控制水泵的轉(zhuǎn)速

（3）某噴泉裝有四臺(tái)參數(shù)如表一的水泵．第一次調(diào)試時(shí)水泵轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍，則此時(shí)揚(yáng)程為_______m；第二次調(diào)試時(shí)四臺(tái)水泵都在額定功率下工作，每臺(tái)水泵先依次各噴20s，然后一起噴70s停噴，則這次調(diào)試過(guò)程四臺(tái)水泵消耗的電能為_________kwh．

（4）分析表二數(shù)據(jù)，當(dāng)卡通模型的質(zhì)量為10kg，水沖擊模型時(shí)的速度為5.0m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的流量為____m3/s，水泵每秒噴出水的質(zhì)量為__________kg．

（5）如圖乙為控制噴泉斷續(xù)工作的模擬電路，AB兩端輸入如圖丙所示的周期性變化的電壓UAB．定值電阻R＝2Ω，D為電子元件，當(dāng)UAB＜6V時(shí)，D兩端的電壓UD等于輸入電壓，UAB ≥6V時(shí)，UD保持6V不變．當(dāng)R的電功率滿足PR≥8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水．則t＝3s時(shí)電阻R的電功率為________W；該電路工作20min，噴水時(shí)間共為________s．

Answer 1

【答案】 空氣 大氣壓 D 6.48 0.75 0.02 20 40.5 400

【解析】

（1）聲音的傳播需要介質(zhì)，欣賞音樂(lè)噴泉時(shí)，悅耳的聲音是通過(guò)空氣傳入人耳的；由于水泵的葉輪中心區(qū)形成真空時(shí)，所以水池中的水在大氣壓的作用下不斷地進(jìn)入水泵內(nèi)；

（2）卡通模型所受重力與水對(duì)模型的沖擊力都作用在模型上，使模型懸停，所以，它們是一對(duì)平衡力，故A錯(cuò)誤；向上噴出的水在上升過(guò)程中，受到重力作用，速度越來(lái)越小，故B錯(cuò)誤；陽(yáng)光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的折射引起的，故C錯(cuò)誤；根據(jù)短文知道，音樂(lè)噴泉通過(guò)采集聲音中的音調(diào)信息控制水泵的轉(zhuǎn)速，故D正確；

（3）根據(jù)短文知道，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H=kn2，由表一知道，額定轉(zhuǎn)速是n=2900r

min，額定揚(yáng)程是H=8m，所以，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍時(shí)，揚(yáng)程為0.92×8m=6.48m；

根據(jù)題意知道，第二次調(diào)試過(guò)程四臺(tái)水泵消耗的電能相當(dāng)于一臺(tái)水泵單獨(dú)工作t=4×20s+4×70s=360s=0.1h所消耗的電能，根據(jù)表一知道，此過(guò)程消耗的電能是：W=Pt=7.5kw×0.1h=0.75kwh；

（4）根據(jù)表二知道，水沖擊到模型時(shí)的速度v與模型的質(zhì)量M、水泵流量Q之間的數(shù)量關(guān)系是：M=100vQ，所以，當(dāng)卡通模型的質(zhì)量為10kg，水沖擊模型時(shí)的速度為5.0m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的流量是：Q=M/100v=10/100×5=0.02 m3/s，由于水的密度是1×103kg/m3，所以水泵每秒噴出水的質(zhì)量是：m=0.02 m3/s×1×103kg/m3=20kg；

（5）由圖像知道，當(dāng)t=3s時(shí)，UAB=15V，根據(jù)題意知道，此時(shí)，由于UAB ≥6V，UD保持6V不變，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知道，定值電阻R兩端的電壓UR=15V-6V=9V，由P=U2/R知道，電阻R的電功率是：PR=UR2/R=9V2/2Ω=40.5W；

根據(jù)題意知道，當(dāng)R的電功率滿足PR≥8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水，由P=U2/R知道，此時(shí)定值電阻兩端的電壓是：UR≥即此時(shí)AB兩端輸入電壓是U=UR+UD=4V+6V=10V，由圖像丙知道，周期是：T=6s，每個(gè)周期U>10V的時(shí)間是2s，當(dāng)該電路工作20min時(shí)，噴水時(shí)間共是：2s×20×60s/6s=400s。