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题目:
【题目描述】
一个水池中有满池的水,水池底部有一个阀门,打开阀门后,水以恒定的流量Q流出。另外,水池两侧的压强差Δp导致一部分空气进入水池中。假设一开始阀门关闭,水池中的水位上升到h1。然后打开阀门,再经过t时间后,水池中的水位下降到h2。求这段时间内流出的水的质量。
【相关物理量】
水池的容积为V,流出的水的流量Q=常量,空气进入水池的压强差Δp=常量,空气在水中的溶解度忽略不计。
【解题思路】
1. 建立物理模型:本题需要建立物理模型来描述水池中水位的变化情况。
2. 受力分析:打开阀门后,水受到重力和流出的水对池底的压力两个力的作用。
3. 建立方程:根据题目描述,可以列出方程求解流出的水的质量。
【例题解答】
假设一开始阀门关闭时,水池中的水位为h1,则有:
V = h1 × L
其中L为水池的截面积。
打开阀门后,经过t时间,水池中的水位下降到h2,则有:
Δh = (h1 - h2) × L
其中Δh为水位下降的高度。
由于空气进入水池的压强差Δp导致一部分空气进入水中,因此流出的水的质量为:
m = QΔtΔp
其中Q为流出的水的流量,Δt为阀门打开的时间,Δp为两侧的压强差。
将上述三个方程带入即可求解流出的水的质量。
【答案】
流出的水的质量为:m = QΔtΔp = (h1 - h2) × L × QΔt × Δp。
注意:本题中流量Q和压强差Δp均为常量,因此需要将它们相乘再带入方程求解。同时,由于题目中没有给出具体的流量和压强差的值,因此需要在实际应用中根据实际情况进行计算。