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喷 泉
喷泉是利用水泵将水喷酒成特定形态的水表演艺术.水泵由电机带动工作时,水泵的叶轮高速旋转,驱使水飞高叶轮向外喷出,从而在叶轮中心区形成真空,将池中的水不断“吸”上来.水泵转速恒定时,喷出的水柱高度稳定.
音乐喷泉用计算机采集音乐的声音频率特征,并将其转化为控制信号,用以改变输入电机的电源频率;电源频率的改变使水泵的转速发生变化,达到调节水柱高度的目的.水泵的流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比.流量指水泵単位时间内喷出水的体积,扬程指水泵能将水提升的高度.
图*所示的是一游乐喷泉向上喷出的水柱使卡通模型悬停在空中的照片,喷泉使用的水泵的部分参数如表一.模型悬停在空中时,水冲击到模型时的速度与模型的质量M、水泵流量Q之间的关系如表二.
(1)欣赏音乐喷泉时,悦耳的声音是通过_________传入人耳的;水泵的叶轮中心区形成真空时,水池中的水在________的作用下不断地进入水泵内.
(2)下列关于喷泉的有关说法,正确的是_________.
A.卡通模型所受重力与水对模型的冲击力是相互作用力
B.向上喷出的水在上升过程中的速度处处相等
C.阳光下喷泉附近常出现的*虹是由光的反*引起的
D.音乐喷泉通过采集声音中的音调信息控制水泵的转速
(3)某喷泉装有四台参数如表一的水泵.第一次调试时水泵转速为额定值的0.9倍,则此时扬程为_______m;第二次调试时四台水泵都在额定功率下工作,每台水泵先依次各喷20s,然后一起喷70s停喷,则这次调试过程四台水泵消耗的电能为_________kw•h.
(4)分析表二数据,当卡通模型的质量为10kg,水冲击模型时的速度为5.0m/s时,对应的流量为____m3/s,水泵每秒喷出水的质量为__________kg.
(5)如图乙为控制喷泉断续工作的模拟电路,AB两端输入如图*所示的周期*变化的电压UAB.定值电阻R=2Ω,D为电子元件,当UAB<6V时,D两端的电压UD等于输入电压,UAB ≥6V时,UD保持6V不变.当R的电功率满足PR≥8W时,水泵启动喷水.则t=3s时电阻R的电功率为________W;该电路工作20min,喷水时间共为________s.
【回答】
(1). 空气 (2). 大气压 (3). D (4). 6.48 (5). 0.75 (6). 0.02 (7). 20 (8). 40.5 (9). 400
【详解】(1)声音的传播需要介质,欣赏音乐喷泉时,悦耳的声音是通过空气传入人耳的;由于水泵的叶轮中心区形成真空时,所以水池中的水在大气压的作用下不断地进入水泵内;
(2)卡通模型所受重力与水对模型的冲击力都作用在模型上,使模型悬停,所以,它们是一对平衡力,故A错误;向上喷出的水在上升过程中,受到重力作用,速度越来越小,故B错误;阳光下喷泉附近常出现的*虹是由光的折*引起的,故C错误;根据短文知道,音乐喷泉通过采集声音中的音调信息控制水泵的转速,故D正确;
(3)根据短文知道,扬程与转速的平方成正比,即H=kn2,由表一知道,额定转速是n=2900r
min,额定扬程是H=8m,所以,当水泵转速为额定值的0.9倍时,扬程为0.92×8m=6.48m;
根据题意知道,第二次调试过程四台水泵消耗的电能相当于一台水泵单独工作t=4×20s+4×70s=360s=0.1h所消耗的电能,根据表一知道,此过程消耗的电能是:W=Pt=7.5kw×0.1h=0.75kw•h;
(4)根据表二知道,水冲击到模型时的速度v与模型的质量M、水泵流量Q之间的数量关系是:M=100vQ,所以,当卡通模型的质量为10kg,水冲击模型时的速度为5.0m/s时,对应的流量是:Q=M/100v=10/100×5=0.02 m3/s,由于水的密度是1×103kg/m3,所以水泵每秒喷出水的质量是:m=0.02 m3/s×1×103kg/m3=20kg;
(5)由图像知道,当t=3s时,UAB=15V,根据题意知道,此时,由于UAB ≥6V,UD保持6V不变,由串联电路的特点知道,定值电阻R两端的电压UR=15V-6V=9V,由P=U2/R知道,电阻R的电功率是:PR=UR2/R=9V2/2Ω=40.5W;
根据题意知道,当R的电功率满足PR≥8W时,水泵启动喷水,由P=U2/R知道,此时定值电阻两端的电压是:UR≥即此时AB两端输入电压是U=UR+UD=4V+6V=10V,由图像*知道,周期是:T=6s,每个周期U>10V的时间是2s,当该电路工作20min时,喷水时间共是:2s×20×60s/6s=400s。
知识点:各地中考
题型:综合题
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