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某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中为计算方...

某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度竖直向上喷出;玩具底部为平板面积略大于;水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开忽略空气阻力已知水的密度为,重力加速度大小为求:

(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;

(2)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度.

 

(1) (2) 【解析】 试题(i)设时间内,从喷口喷出的水的体积为,质量为,则 ① ② 由①②式得,单位时间内从喷口喷出的水的质量为 ③ (ii)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为,水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为.对于时间内喷出的水,有能量守恒得 ④ 在高度处,时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为 ⑤ 设水对玩具的作用力的大小为F,根据动量定理有 ⑥ 由于玩具在空中悬停,由力的平衡条件得 ⑦ 联立③④⑤⑥⑦式得 ⑧
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考点分析:
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