这次要跟大家分享的是【高中物理[流体模型分析]附题库及知识点！】，为日常考试、高考答题提供思路，希望对大家有所帮助。
1. 流体问题
“流体”一般指液体流动、气体流动等，其性质是连续的，涉及解决质量、体积、力等问题。
2. 两类问题
①持续性流体问题
对于该类流体运动问题，可以沿流速v方向选取一段圆柱形流体作为微元。
设一截面积为S的柱状流体，在极短的时间Δt内，其通过的长度为Δl，如图所示。设该流体的密度为ρ
那么在时间Δt内流过横截面的流体的质量为Δm=ρSΔl=ρSvΔt
根据动量定理，可得：FΔt=ΔmΔv
有两种情况：
（1）作用结束后，流体单元停止，Δv=-v，则F=-ρSv2
（2）作用后，流体单元以速率v反弹，Δv=-2v，所以F=-2ρSv2
②连续粒子问题
“粒子”一般指电子流、尘埃等，它们的质量是独立的，单位体积内的粒子数n通常给出：
（1）建立“柱子”模型，沿运动速度v0方向选取一个微量元素，圆柱体的横截面积为S；
（2）微元研究：圆柱体在作用时间△t内一段的长度为v0△t，对应的体积为△V=S v0△t。则微元内粒子数为N=nS v0△t
（3）先应用动量定理研究单个粒子，建立方程，然后乘以N进行计算。
例子
1、如图所示，一根横截面积为S的均匀带电长直橡胶棒，沿轴线以匀速速度v运动，棒子单位长度上的电荷为-q。棒子运动产生的等效电流的大小和方向分别是（）
A.vq，方向与v相反
B.vqS，方向与v相反
C.
，方向与v的方向相反
D.
，方向与v相同
分析：当杆以速度v沿轴线运动时，每秒运动的距离为v米。每秒，v米的橡胶杆上的电荷通过直杆的横截面。每秒通过横截面的电荷量为：Q=q•v
根据电流的定义：I =
，t = 1秒，
等效电流为：I=qv。
由于杆上带负电，所以电流的方向与杆的运动方向相反，也就是与v的方向相反。
因此，A是正确的，而BCD是不正确的。
因此答案为：A。
2.打开水龙头，水会往下流，如果仔细观察，会发现连续的水柱在流动过程中直径逐渐减小。设出水口垂直向下的水龙头直径为1厘米，g为10米/秒2。若测得出水口处的水流速度为1米/秒，则距出水口75厘米处水柱的直径为（）
A.1厘米
0.5厘米
约0.75厘米
直径0.25厘米
分析：设水龙头出水口处的水流速度为v1，流到距出水口75cm处的水流速度为v2。
将数据代入解中，我们得到v2 = 4m/s。
设极短时间为△t，水龙头出水口流出的水量为V1＝v1△t
①
流入水盆的水量为V2=v2△t•
②
由V1＝V2可得v1△t•
=v2△t•
将解代入方程，我们得到 d2 = 1 厘米
因此答案为：A。
3、图为城市广场上的喷泉喷水，从远处看，喷泉喷出的水柱超过40层楼高；近看，喷头直径约10厘米。请据此估算喷头喷水所需的电机最小输出功率是多少？
分析：圆形管口内径约10cm，故半径r=5cm=0.05m
根据实际情况，每层高度为h=3m，故喷水高度为H=40h=120m。
水流出管道的速度为：v =
设电动机向喷嘴喷水的输出功率为P，则喷嘴附近短时间内水柱的质量△t为：
m＝ρ•v△tS＝ρπr2v△t
根据动能定理可得：P△t＝
mv2，
解决方案是：P =
将数据代入解中，可得：P = 4.62 × 105W，
答：向喷头喷水的电机的输出功率至少为4.62×105W。
4、如图所示，某地有一台风力发电机，其叶片旋转时可形成一个半径为20m的圆周面，某时刻该地风速为6.0m/s，风向刚好垂直于叶片旋转的圆周面。已知空气密度为1.2kg/m3。设该风力发电机能将10%的空气动能转化为电能。（保留两位显著数字）
（1）计算1秒内冲击风力机叶片圆形表面的气流体积；
（2）计算1s内冲击风力机叶片圆形表面的气流的动能；
（3）计算该风力涡轮机的发电功率。
分析：（1）1秒内冲击风车叶片的气体体积为：
V=SL=πr2vt=3.14×400×6×1 m3=7.5×103 m3；
（2）1秒内气流的质量：m=ρV=1.2×7.5×103kg=9×103kg；
气流动能：E=
mv2＝
×9×103×36焦耳=1.6×105焦耳；
（3）1秒内风的动能转换成电能：
E电=ηE动力=10%×1.6×105J≈1.6×104J；
则功率P=
=1.6×104瓦。
答：（1）1秒内冲击风力机叶片圆表面的气流体积为7.5×103m3；
（2）1秒内气流冲击风力机叶片圆周表面的动能为1.6×105J；
（3）该风力发电机组的发电功率为1.6×104W。
5、新冠病毒的主要传播方式为飞沫传播，有关专家研究发现，打喷嚏时喷出的空气速度可达50m/s高中物理 流体，假设一个人打喷嚏时受到的平均反冲力约为0.16N，时间约为0.03s，则估算打喷嚏时喷出的空气质量约为（）
答：9.6×10﹣3kg
B.9.6×10﹣5kg
C.1.92×10﹣3千克
D.1.92×10﹣5千克
分析：设打喷嚏时喷出的空气质量为m，根据动量定理可得：F×Δt＝mv
将数据代入解中，可得：m = 9.6 × 10-5 kg。因此，B正确，ACD错误。
因此答案为：B。
6.如图所示，某地有一台风力发电机，其叶片旋转时可形成一个半径为20m的圆形面，某时刻该地的风速为5.0m/s，风向刚好垂直于叶片旋转的圆形面。已知空气的密度为1.2kg/m3。若此风力发电机能将此圆形内空气的动能的10%转化为电能，则π取为3。下列说法中，正确的是？
A.单位时间内冲击风力发电机叶片圆形表面的气流量为
B.单位时间内气流冲击风力机叶片圆形表面的动能为900J
C.单位时间内冲击风力机叶片圆形表面的气流动量为900kg•m/s
D.该风力涡轮机产生的功率为900W
分析：
A.单位时间内冲击风力发电机叶片圆形表面的气流量为
，所以A是正确的；
B.单位时间内冲击风力机叶片圆形表面的气流的动能为
，所以B是错误的；
C.单位时间内冲击风力机叶片圆形表面的气流的动量为
p＝mv＝ρV0v＝1.2×6000×5kg•m/s＝3.6×104kg•m/s，故C错误；
D.根据问题，该风力涡轮机产生的功率是
，所以D是错误的。
因此答案为：A。
7、近年来，小型无人机发展迅速，广泛应用于交通管理、航拍、安防救援等。如图所示，某型无人机通过四个旋翼螺旋桨向外推空气，获得升力。设质量为M，无人机在无风状态下飞行时，处于水平悬停状态，推空气的速度为v，空气的密度为ρ。忽略推空气对机身的作用力，下列说法正确的是（）
A.无人机的动能是
B.无人机动力Mgv
C.单位时间内排出的空气总质量为
D.每个螺旋桨旋转时形成的气流圆形表面积
分析：AB。由于飞机静止，空气对飞机的作用力为：F = Mg
飞机对空气所施加的力为：F'＝F＝Mg
将动量定理应用于向下推的空气可得出：F't = Mgt = mv
因此：m =
空气的动能为：Ek =
，我们得到：Ek =
管理
无人机做功，使空气获得动能。无人机的功率为：P =
Mgv，所以AB错误；
C.由上可知：m=
，单位时间内挤出的空气总质量为m0=
，所以C是正确的；
D.螺旋桨旋转时，气流通过的圆形面积为S，则：Sρv=
每个螺旋桨旋转时形成的气流圆形表面积：S' =
合并后的解为：S′＝
，所以D是错误的。
因此答案为：C。
8、湖面上有一艘帆船，以恒定速度v1顺风航行。已知船帆的有效受风面积为S，水平风速为v2，且v1<v2，湖面上空气密度为ρ。则风对船帆推力的功率为（）
ρSv22
ρS (v2-v1)2
C.ρS (v2-v1) 2v1
D.ρS(v2-v1)2v2
分析：单位时间内撞击船帆的空气量
V＝SL＝S（v2﹣v1）t
单位时间内撞击船帆的空气质量 t
m＝ρV＝ρS（v2﹣v1）t
空气动量变化
Δp＝m（v2﹣v1）
船帆对空气施加的力F由动量定理确定。
傅里叶变换＝Δp
解决方案是：F = ρS
根据牛顿第三运动定律，帆船在航行过程中，风对帆船的水平推力的大小为
F'＝F＝ρS
风推动船帆的力量是
P＝F'v1＝ρS
v1，所以C是正确的，而ABD是错误的。
因此答案为：C。
9、如图所示，一截面积为5cm2的水柱，以10m/s的速度垂直撞击墙面，已知水的密度为1×103kg/m3，假设水撞击墙面后不反弹而是顺着墙面流下，则水柱对墙面的冲击力为（）
答：5×105N
B.50N
约5×103N
D.5×102N
分析：ts时间内喷出的水的质量为：m=ρSvt=1000×0.0005×10t·kg=5t·kg，
在时间 ts 内，壁面对水的冲量为：I = 0 - mv = Ft
所以：
负号表示墙体对水施加的力与水的运动方向相反。
因此答案为：B。
10、2021年9月24日，中国利用长征五号运载火箭成功将航天器货运舱发射进入预定轨道。运载火箭点火时，向下喷出气体，对地面产生撞击。设火箭喷流截面积为s，喷出的气体速度为v（相对于地面），气体垂直喷向地面后垂直速度变为零，已知气体密度为ρ，重力加速度大小为g，忽略气体自身重力，则气体对地面的平均撞击力为（）
A.sv2ρ
B.
ρ
C．svgρ
D.
ρ
分析：设火箭在Δt时间内喷出的气体质量为Δm，则Δm＝ρsv•Δt
以时间Δt内喷出的气体Δm为研究对象，设地面对气体所施加的力为F，取喷出气体速度方向为正方向，根据动量定理可得：
-F•Δt＝0-Δmv
合并后的解为：F = ρsv2
根据牛顿第三运动定律，气体对地面的冲击力为：F′=F=ρsv2，故A正确，BCD错误。
因此答案为：A。
11、用豆子模拟气体分子，可以模拟气体压强产生的原理。如图所示，将1000颗豆子从80cm高处连续均匀地倒在秤盘上，作用时间为1s。豆子弹起时，垂直速度变为碰撞前的一半。假设每颗豆子只与秤盘碰撞一次，且碰撞时间极短（在豆子与秤盘碰撞的极短时间内，碰撞力远大于豆子所受的重力），1000颗豆子的总质量为100g。那么碰撞过程中秤盘所受的压强约为（）
A.0.2N
B.0.6N
C.1.0N
D.1.6N
分析：豆子落到秤盘上的速度v=
=4m/s；反弹后速度为v'=-2m/s，设向下为正方向，则根据动量定理有：
Ft＝mv'﹣mv
解为：F=0.6N；由牛顿第三定律我们知道碰撞时秤上受到的压力为0.6N；
因此，B是正确的，而ACD是错误的。
因此答案为：B。
12、高压水枪是目前国际上公认的最科学、最经济、最环保的清洁工具之一。图为高压水枪工作时的场景。考虑到能量的损失，可以近似地认为高压水枪工作时电动机所作的功的80%转化为喷出水的动能。已知水枪出口直径为d，水从枪中喷出的速度为v，水的密度为ρ。求：
（1）单位时间内从枪口喷出的水的质量；
（2）水枪工作时电机的功率；
（3）用高压水枪冲洗物体时，会在物体表面产生一定的压力。
设水从枪口喷出时的速度为v=100m/s，近距离垂直喷射到物体表面，水枪出水口直径为d=5mm。忽略水从枪口喷出后的发散作用，水在喷射到物体表面的很短时间内速度变为零。由于水柱前端的水与物体表面作用的时间很短，因此在分析水对物体表面的受力时，可以忽略这部分水的重力。已知水的密度为ρ=1.0×103kg/m3，g=10m/s2，估算水枪对物体表面产生的冲击力大小。
分析：（1）在Δt时间内，水枪喷出的水的质量为：Δm=ρSvΔt=ρ·
πd2vΔt
单位时间内从枪口喷出的水质量为：
ρπd2v
（2）水枪在时间Δt内所作的功，转换成水柱的动能为：W=
水枪工作时，电动机的功率为：P电=
ρπd2v3
（3）取很短的时间Δt'，则在Δt'时间内撞击物体表面的水的质量为m'，则：m'=ρ
πd2vΔt'
以这部分水为研究对象，设物体表面所受的力为F'，水流速度方向为正方向，由动量定理给出：
-F'Δt'＝0-m'v
将数据代入解中可得：F′＝196.25N
根据牛顿第三运动定律，水枪对物体表面产生的冲击力为：F=F'=196.25N
答：（1）单位时间内从枪口喷出的水的质量为
ρπd2v；
（2）水枪工作时，电机的功率为
ρπd2v3；
（3）水枪对物体表面产生的冲击力为196.25N。
13、某游乐园入口附近有一座喷泉，水枪喷出的水柱使一个玩具铁盒稳定地悬浮在空中，相对于喷头的高度为h，如图所示。为计算方便，设水柱以恒定速度v0从截面积为S的喷头处继续垂直向上喷射；铁盒底部为平板（面积略大于S）；水柱撞击玩具底板后，水在垂直方向的速度变为零，在水平方向向四面八方均匀扩散。忽略空气阻力。已知水的密度为ρ，重力加速度为g。求
（1）单位时间内水枪喷出的水的质量
（2）玩具铁盒的质量M。
分析：（1）设△t内喷出的水的质量为△m，则：△m＝ρSv0△t
单位时间喷水质量：
（2）设铁盒在△t时间内，△m内对水所受的平均力为F，水撞击铁盒时的速度为v，向下为正方向。
动量定理为：（F+△mg）△t＝△mv
又△mg＜＜F
所以F＝ρSv0v
根据运动学公式：
根据平衡条件及牛顿第三运动定律：F'＝Mg，F'＝F
综合解决方案为：
答：（1）单位时间内水枪喷出的水的质量为ρSv0；
（2）玩具铁盒的质量为
14、高压采煤水枪出水口截面积为S，水流速度为v，水柱水平和垂直射到煤层后贝语网校，速度变为0。设水的密度为ρ，假设水柱截面积不变，则水对煤层的冲击力为多大？
分析：设在t时间内，有体积为V的水冲击煤层，则该水的质量为：m=ρV=ρSvt，
以这部分水为研究对象，煤层对其施加的力为F，水运动方向为正方向，根据动量定理，Ft＝0﹣mv()，
即：F = -
=-ρSv2，负号表示作用于水的力的方向与水的运动方向相反；
由牛顿第三运动定律可知高中物理 流体，水对煤层的冲击力也为ρSv2。
答：水对煤层的冲击力为ρSv2。
15、某游乐园入口附近有一座鲸鱼喷泉，在水泵作用下，会从鲸鱼模型后背喷出一道垂直的水柱，将站在冲浪板上的玩偶模型托起并悬浮在空中。随着音乐的旋律，玩偶模型可以上下摆动，非常具有吸引力，如图所示。此景观可简化如下，假设水柱以速度v0从截面积为S的喷嘴处继续垂直向上喷射；假设在同一高度处水柱横截面积上各点的水流速度相同，冲浪板底部为平板且其面积大于水柱横截面积，保证水能全部喷到冲浪板底部。水柱在撞击冲浪板前的水平速度可以忽略不计。水撞击冲浪板后，垂直速度立即变为零，并均匀地向水平方向扩散。已知人偶模型和冲浪板的总质量为M，水的密度为ρ，重力加速度的大小为g，水的空气阻力和粘性阻力可以忽略。
（1）计算人偶模型悬浮在空中时，水对冲浪板的冲击力及喷泉单位时间内喷出的水的质量。
（2）事实上，我们仔细观察会发现，水柱在空中上升阶段其厚度并不是均匀的，而是在垂直方向上一端较厚，另一端较薄。请分析水柱在上升阶段是顶部较厚还是底部较厚，并解释水柱呈现这种形状的原因。
（3）由于水柱最顶端的水与冲浪板作用的时间很短，因此分析水对冲浪板的受力时，可以忽略作用于这部分水的重力。求当娃娃悬浮在空中时，其底部相对于喷嘴的高度。
分析：（1）娃娃在空中静止不动，受到重力和水的推力向上运动。由这两个力的平衡，我们知道F=Mg
设在时间△t内从喷嘴喷出的水的体积为△V，质量为△m。
则△m＝ρ△V，△V＝v0S△t由以上两式可知，单位时间内从喷嘴喷出的水的质量为
（2）水柱上部较粗，底部较细。
原因是：任意截面内的流速相等，下端水柱的速度大于上端水柱的速度。由Q=Sv，（S为水柱的截面积，v为水柱内水的流速）可知，上端水柱的截面积较大。
（3）设玩具悬浮时，玩具底部相对于喷嘴的高度为h，水从喷嘴喷出后到达玩具底部时的速度为v。
对于△t时间内喷出的水，根据能量守恒定律，
在高度为h时，在△t的时间内，喷到玩具底部的水的垂直动量变化量为△p=（△m）v。设水对玩具施加的力的大小为F。根据动量定律，F⋅△t=△p。由于玩具悬浮在空中，
由力的平衡条件可得F＝Mg
结合以上内容
答：（1）水对冲浪板的冲击力与喷泉单位时间内喷出的水的质量之比为ρv0S；
（2）水柱顶部较粗，底部较细。若任一截面的流速相同，则底部的水柱速度大于顶部的水柱速度。由Q=Sv，（S为水柱的横截面积，v为水柱中水流的速度）可知，顶部的水柱的横截面积较大。
（3）当娃娃悬停在空中时，其底部相对于喷嘴的高度
16、如图所示，静止在光滑水平面上的小车质量为M=20千克。水枪喷出的水柱截面积为S=10厘米2，速度为v=10米/秒，水的密度为ρ=1.0×103千克/立方米。若水枪喷出的水从车尾水平撞击小车前壁，撞击到车前壁的水全部沿前壁流入车内。当质量为m=5千克的水进入车内时，试计算：
（1）汽车的速度；
（2）汽车的加速度。
分析：（1）流入车里的水与车组成的系统动量守恒，当质量为m的水流入车里时，车的速度为v1。
则mv＝（m+M）v1，
解决方案是：
（2）质量为m的水流入手推车后，在极短的时间△t内撞击手推车的水的质量为△m=ρS(v-v1)△t
此时水对汽车的冲击力为F，汽车对水的作用力也为F。
根据动量定理，
-F△t＝△mv1-△mv
解决方案是：
根据牛顿第二定律：
答案：（1）汽车的速度为2米/秒；
（2）汽车的加速度为2.56m/s2。
17、有一根铜导线，其截面积为S，流过它的电流为I。设导线单位体积内有n个自由电子，电子的电荷为q，电子的定向运动速度为v。在时间t内，穿过导线截面的自由电子数可表示为（）
Nst
B．Nvt
C.
D.
分析：时间t内通过导体截面的自由电子数量Q=It。
那么，在时间t内，通过导体截面的自由电子数量为：N=
根据电流的微观表达式I=nqvS，将I=nevS代入公式可得：
N＝
=nvSt
因此答案为：C。
18.运动员在水上进行一场飞行的表演。 = 1.0×103kg/m3。
A. 2.7m/s
B ．5.4m/s
C．7.6m/s
D. 108m/s
分析：让飞机在水上的平均力为F。根据牛顿的第三定律，飞机上的水力量也等于F。对于飞机，：F = mg
假设喷洒水时的速度为V，然后选择圆柱体的流体
时间t喷洒的水质量：△m ＝ρ•v ＝ρ•2SVT
用水质量为△m，时间t：i ft ＝ mV获得的脉冲
合并，我们可以得到：v =
= 7.6m/s
因此答案为：C。