1、高中物理系列模型之实物模型15流体模型模型界定本模型中所谓的流体，不仅仅是指液体和气体，也包括如堆放的砂石、持续放于传送带上的工件等，它们在运动时的共同特征是每一组成部分经历的运动形式相同，遵从的规律相同模型破解（i）柱体法处理涉及冲击的问题在气体或液体通过某个对其他物体产生冲击的问题中,可通过选取合适的柱体作为研究对象,应用动量定理、动能定理或能量守恒定律求解.对象的选取沿流体运动的方向以与其他物体的作用面积为横截面、以vt为长度取一柱体(v是液体的速度.也常有将t 取作单位时间的情况).应用动量定理列方程方程中的时间t柱体内全部流体通过端面时所用的时间.应用动能定理列方程方程中的位移l是柱
2、体内流体的质心通过端面时发生的位移,不等于柱体的长度,通常等于柱体长度的一半.应用能量守恒列方程应用能量守恒列方程时,要注意分析所涉及的能量形式,注意能量转化的效率等.例1.国产“水刀”超高压数控万能水切割机，以其神奇的切割性能在北京国际展览中心举行的第五届国际机床展览会上引起轰动，它能切割40 mm厚的钢板、50 mm厚的大理石等材料将普通的水加压，使其从口径为0.2 mm的喷嘴中以800 m/s1000 m/s的速度射出，这种水射流就是“水刀”我们知道，任何材料承受的压强都有一定限度，下表列出了一些材料所能承受的压强的限度A橡胶5107 PaB花岗石1.2108 Pa2.6108 PaC铸
3、铁8.8108 PaD工具钢6.7108 Pa设想一“水刀”的水射流横截面积为S，垂直入射的速度 v800 m/s，水射流与材料接触后，速度为零，且不附着在材料上，水的密度1103 kg/m3，则此水刀不能切割上述材料中的() (ii)其它问题中的等效处理方法流体中重力势能的计算流体移动过程中,经过时间t,流体中的每一组成部分都沿流体运动方向上发生了相同移动时,可等效认为流体末端的一部分经历时间t移动到了流体的前端,中间部分未发生移动.持续放于传送带上的砂石、工件等,每个组成部分从被放于传送带一端到从另一端离开传送带时,可能都经历了加速、匀速的过程,需要的时间为t.在状态稳定的情况下,某段时间
4、内,虽然每一组成部分可能只经历了整个运动过程中的某一阶段,但可等效认为传送带上的砂石或工件的状态未变,只是在这段时间内放上的砂石或工件在时间内经历了整个运动过程.例3.如图所示，粗细均匀的U形管内装有总长为4L的水。开始时阀门K闭合，左右支管内水面高度差为L。打开阀门K后，左右水面刚好相平时左管液面的速度是多大？（管的内部横截面很小，摩擦忽略不计）K例3题图例4.如图所示，水平传送带以v2 m/s的速度匀速前进，上方漏斗中以每秒50 kg的速度把煤粉竖直抖落到传送带上，然后一起随传送带运动如果要使传送带保持原来的速度匀速前进，则传送带的电动机应增加的功率为()A100 WB200 WC500
5、WD无法确定例5.一传送带装置示意如图，其中传送带经过AB区域时是水平的，经过BC区域时变为圆弧形（圆弧由光滑模板形成，未画出），经过CD区域时是倾斜的，AB和CD都与BC相切.现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上,放置时初速为零，经传送带运送到D处，D和A的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变，CD段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为L。每个箱子在处投放后,在到达B之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动（忽略经BC段时的微小滑动）.已知在一段相当长的时间T内，共运送小货箱的数目为.这装置由电动机带动,传送带与轮子间无相对滑动,不计轮轴处的摩擦.求电动机的平均输出功率。例5
6、题图三模型演练1.将横截面积为的玻璃管弯成如图所示的连通器，并放在水平桌面上，左右管处在竖直状态先关闭阀门，往左右两管中分别注入高度为h1和h2、密度为的液体，然后打开阀门让左右两边相平，直到液体静止在上述过程中，液体的重力势能减少量为练1图A BC D2.面积很大的水池，水深为H，水面上浮着一正方体木块.木块边长为a，密度为水的1/2，质量为m.开始时，木块静止，有一半没入水中，如图所示.现用力F将木块缓慢地压到池底.不计摩擦.求：练2图（1）从木块刚好完全没入水中到停在池底的过程中，池水势能的改变量.（2）从开始到木块刚好完全没入水的过程中，力F所做的功.3.某地强风的风速是20 m/s，
7、空气的密度是1.3 kg/m3.一风力发电机的有效受风面积为S20 m2，如果风通过风力发电机后风速减为12 m/s，且该风力发电机的效率为80%，则该风力发电机的电功率多大？4.如图所示，一足够长的水平传送带以恒定的速度v运动，每隔时间T轻轻放上相同的物块，当物块与传送带相对静止后，相邻两物块的间距大小练4图A与物块和传送带间的动摩擦因数的大小有关B与物块的质量大小有关C恒为vTD由于物块放上传送带时，前一物块的速度不明确，故不能确定其大小5.如图所示，由电动机带动的水平传送带以速度为v=2.0m/s匀速运行，A端上方靠近传送带料斗中装有煤，打开阀门，煤以流量为Q=50kg/s落到传送带上，
8、煤与传送带达共同速度后被运至B端，在运送煤的过程中，下列说法正确的是（ ）练5图A电动机应增加的功率为100WB电动机应增加的功率为200WC在一分钟内因煤与传送带摩擦产生的热为6.0103JD在一分钟内因煤与传送带摩擦产生的热为1.2104J6.如图所示是在工厂的流水线上安装的水平传送带，用水平传送带传送工件可大大提高工作效率水平传送带以恒定的速度V0=2 m/s运送质量为m=0.5 kg的工件，工件都是以V=1 m/s的初速从A位置滑上传送带工件与传送带之间的动摩擦因数=0.2每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时后一个工件立即滑上传送带取g=l0 m/s2，求：练6图(1)工件经多长时间停止相对滑动；(2)在正常运行状态下传送带上相邻工件间的距离；(3)摩擦力对每个工件做的功；(4)每个工件与传送带之间的摩擦产生的内能 5