Question

【題目】閱讀短文，回答問題。

噴泉

噴泉是利用水泵將水噴灑成特定形態(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)使水飛離葉輪向外噴出，從而在葉輪中心區(qū)形成真空，將池中的水不斷“吸”上來。水泵轉(zhuǎn)速恒定時(shí)， 噴出的水柱高度穩(wěn)定。

音樂噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂的聲音頻率特征，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。流量指水泵單位時(shí)間內(nèi)噴岀水的體積，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v與模型的質(zhì)量M、水泵流量Q之間的關(guān)系如表二。

表一
額定轉(zhuǎn)速	2 900 r/min
額定流量Q	0. 04 m/s
額定揚(yáng)程H	8 m
額定功率	7. 5 kW
表二
速度/m s 1		1.0	2.0		3.0	4.0	6.0
質(zhì)量M/kg		3.0	6.0		12.0	12.0	12.0
流量Q/m3 s l		0. 03	0. 03		0. 04	0. 03	0. 02

(1)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)說法，正確的是_______ ；

A.噴泉水泵所使用的電機(jī)運(yùn)用了電磁感應(yīng)原理

B.向上噴出的水在上升過程中的速度處處相等

C.陽光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的反射引起的

D.音樂噴泉通過釆集聲音中的音調(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后停止，則這次調(diào)試過程四臺(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5.0m/s時(shí)，對應(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曲。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，UAB6V時(shí)，UD保持6V不變。當(dāng)R的電功率滿足P≥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】大氣壓 D 6.48 0.75 0.02 20 40.5 400

【解析】

(1)[1]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)使水飛離葉輪向外噴出，從而在葉輪中心區(qū)形成真空，使其內(nèi)部氣壓小于外界大氣壓，在外界大氣壓的作用下將水壓入抽水機(jī)或水泵內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)把水從低處壓到高處的目的。

(2)[2]A．噴泉水泵所使用的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用了磁場對通電導(dǎo)體有力的作用，故A項(xiàng)不正確；

B．向上噴出的水在上升過程中,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，動(dòng)能減小，所以速度越來越小，故B項(xiàng)不正確；

C．陽光下噴泉附近常出現(xiàn)的彩虹是由光的色散引起的，故C項(xiàng)不正確；

D．音樂噴泉用計(jì)算機(jī)采集音樂的聲音頻率特征控制水泵的轉(zhuǎn)速，頻率不同體現(xiàn)了聲音的音調(diào)不同，故D項(xiàng)正確。

故選D。

(3)[3]根據(jù)題意知：揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，第一次調(diào)試時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速為額定值的0.9倍，則此時(shí)的揚(yáng)程為額定功率時(shí)的(0.9)2倍，即此時(shí)的揚(yáng)程為

[4]第二次調(diào)試過程四臺(tái)水泵所用時(shí)間

根據(jù)表一知道，此過程消耗的電能是

(4)[5]分析表格二，可以發(fā)現(xiàn)水沖擊到模型的速度、水泵的流量和模型的質(zhì)量有一定的關(guān)系，

即

由第一次數(shù)據(jù)可求k為

所以

故當(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)，對應(yīng)的流量為

即水泵每秒噴出水的體積為0.02m3。

[6]水泵每秒噴出水的質(zhì)量

(5)[7]根據(jù)題意知：當(dāng)UAB<6V時(shí)，D兩端的電壓UD等于輸入電壓，UAB6V時(shí)，UD保持6V不變。

當(dāng)t=3s時(shí)，UAB=15V，此時(shí)UD=6V，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)知：定值電阻兩端的電壓為

電阻R的電功率為

[8]當(dāng)R的電功率滿足PR8W時(shí)，水泵啟動(dòng)噴水，所以當(dāng)PR=8W時(shí)，R兩端的電壓為

這個(gè)電壓為能否噴水的臨界電壓，所以

由圖知0~3s時(shí)，UAB的電壓均勻增加，3s時(shí)達(dá)到15V，故2s時(shí)電壓為10V，即一個(gè)周期的2~4s內(nèi)，UAB10V，則有三分之一的時(shí)間在噴水，所以20min=1200s，則噴水時(shí)間共為