高中物理 流体 第一部分：高中物理复习3 流体建模 高中物理第2轮复习3 流体建模 1.球面辐射1.（2011海淀模型1） 近年来，随着手机的广泛使用，无线电台（基站）分布越来越密集，电磁辐射污染话题越来越受到人们的关注。其实电磁辐射并不可怕，只要控制在可以接受的标准内，是不会危害人体健康的。我国制定的基站辐射标准规定，人体的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.40W/m2。假如某基站的电磁辐射功率为40W，那么下面的数据是对人体到基站的最小安全距离的估算。正确的是 A.1.0m B.10m C.1.0×102m D.1.0×103m 二、力的平衡 2、高血压已成为危害人类健康的常见病，人们发现血管变细是其原因之一。研究这个问题，可以作一些简化和假设：假设血液在通过一定长度的血管时所遇到的阻力f与血流速度v成正比，即f=kv（式中k与血管壁厚无关）。为保持血液的均匀流动，需在血管两端有一定的压差。设血管内径为d时，所需的压差为△p。若血管内径缩小为d'，为维持相同时间内流动的血液量，压力差须变成（）A. 3.（2015海淀零点模型23.）洋流又称海流，是指海洋表面水常年向一定方向大规模、比较稳定的流动。
由于海水中含有大量的正负离子，这些离子随着海流作定向运动。如果有足够强的磁场，使海流中的正负离子发生偏转，就可以用来发电。图为利用海流发电的磁流体发电机原理图。发电管道为长为L、宽为d、高为h的矩形水平管道。发电管道的上下两侧为绝缘板，南北两侧M、N为导体板，电阻可忽略不计。两块导电板连接着开关S和固定电阻R，整个管道处于一个垂直向上、磁感应强度为B的均匀磁场中。为了简化问题，可以认为开关闭合前后，发电管道内海水以恒定的速率v向东流动，发电管道相当于电源，M、N端相当于电源正极、负极，发电管道内海水的阻力为r(可看作电源内阻)。管道内海水的摩擦阻力保持不变，其大小为f，忽略地磁场的影响。(1)确定M、N哪一端为电源正极，计算此发电机产生的电动势；(2)为保证发电管道内海水以恒定的速度流动，发电管道进出口处必须保持一定的压差。请推导开关闭合时，发电管道两端压差F与发电管道内海水流速v的关系；（3）发电管道进出口压差F的功率可看作发电机的输入功率，固定电阻R所消耗的电功率与输入功率之比可定义为发电机的效率，计算开关闭合后发电机的效率η；在发电管道形状确定的条件下，管道内海水的阻力r、外界阻力R和管道内海水的摩擦阻力f保持不变，为提高发电机的效率，简述可采取的措施。
图10 △p B.（）2△p C.（）3△p D.（）4△p 三、动量定理 4.为估算池塘中睡莲叶面在雨滴冲击下产生的平均压强，小明在下雨天在露台上放置一个圆柱形水杯，测量发现杯中的水在1.0小时内上升了45mm。经查询，雨滴的垂直下落速度约为12m/s。据此估算出压强约为（ ）（假定雨滴打在睡莲上后没有反弹，忽略雨滴的重力，雨水的密度为1×103kg/m3） A. 0.15Pa B. 0.54Pa aC .1.5Pa D .5.4Pa 5.如图所示，一个下装有轮子的储气瓶停在光滑的水平地面上，左端与垂直壁面接触。现打开尾阀，气体便会喷出，设喷嘴面积为S，气体密度为ρ高中物理 流体，气体喷出速度为v，则气体刚喷出时储气瓶顶端对垂直壁面所施加的力为 A. ρvSB。 C.ρv2S D.ρv2S 6、有一艘宇宙飞船，其舰首面积S=0.98m2，以速度v=2×103m/s飞入一个宇宙粒子尘埃区，每个粒子的平均质量m=2×10-4g。设该尘埃区每立方米空间有一个粒子，则要将飞船的牵引力加大多少，才能保持飞船速度不变？（假设粒子与飞船外壳相撞后粘附在飞船上） 7、科学家设想在未来航天事业中利用太阳能电池板为星际飞船加速。在神舟五号载人飞船在轨运行过程中，成功实施了飞船上太阳能电池板的展开试验。设航天器所在位置每单位面积（m2）每秒接收的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳能电池板面积为S，反射率为100%，光子动量p=h/λ。设太阳光垂直照射太阳能电池板，航天器总质量为m，求航天器加速度的表达式。若太阳能电池板为黑色，则航天器的加速度为多少？ 8.（2013北京24.）（20分） 对于同一个物理问题，往往可以从宏观和微观两个不同的角度去研究它，找出它的内在联系，从而对其物理本质有更深的认识。
（1）一根截面积为S、长度为L的直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷为e。当有电流流过导线时，设自由电子沿某一方向运动的速度为va，计算导线中的电流I；b.将导线置于均匀磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B。导线上安培力的大小为F，导线中自由电子所受的洛伦兹力的大小之和为F，可推导出F=F。（2）一个立方密闭容器内有大量运动粒子，每个粒子的质量为m，单位体积内粒子数n为常数。为简化问题，我们假设：粒子尺寸可以忽略；其速度为v，与容器各个表面碰撞的机会相等；在与气体壁面碰撞前后，粒子的速度方向垂直于壁面，速度保持不变。利用所学的力学知识，推导壁面单位面积压强f与m、n、v的关系。 9.（2014北京24.）（20分） 导体切割磁通线的运动可以从宏观和微观两个角度理解。如图所示，固定在水平面上的U型导线架处于垂直向下的均匀磁场中。金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下，在线架上以匀速v运动，速度v与恒力F方向相同；导线MN始终与导线架组成闭合电路。已知导线MN的电阻为R，它的长度L恰好等于平行轨道间的距离，磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线架的阻力。 (1)通过公式推导验证：在时间？t内，F对导线MN所作的功W等于电路得到的电能，也等于导线MN中产生的焦耳热Q； (2)设导线MN的质量为m=8.0g，长度L=0.10m，感应电流为I=1.0A，设一个原子贡献1个自由电子ve（下表列出了您可能需要的一些数据）； (3)经典物理学认为，金属的电阻来源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞。
展开想象的翅膀，给出一个合理的自由电子运动模型；在此基础上，求出导线MN中金属离子沿导线长度方向对一个自由电子所受的平均力f的表达式。四、动能定理10、如图所示，是利用电磁作用输送非导电液体的装置示意图。水平放置一根边长为L、横截面积为正方形的塑料管，在其右端面有一个截面积为A的小喷口网校头条，喷口距地面的高度为h。管内有绝缘活塞。两根金属棒a、b分别嵌在活塞的中上部，棒b两端接电压表。整个装置置于垂直向上的均匀磁场中。当垂直于纸面的棒a中通过恒定电流I时，活塞将液体以匀速向右推动，并从喷口水平喷出。喷嘴到液体降落点的水平距离为S。设液体的密度为ρ，忽略一切阻力，求：（1）活塞的速度；（2）装置的功率；（3）磁感应强度B的大小；（4）实际使用中如发现电压表的读数偏小，试分析可能的原因。五、大型风车模型11.（2008北京23.）风能将成为21世纪可以大规模开发的可再生清洁能源。风力发电机组是把风能（气流的函数）转换成电能的装置，其主要部件有风力涡轮机、齿轮箱、发电机等。如图所示。（1）风力发电机发出的电能利用总电阻为的线路向外传输。传输功率、传输电压，求导线上损失的功率与传输功率的比值； （2）风力机叶片旋转扫过的面积，是风力机可接收风能的面积。
设空气密度为p，空气速度为v，风力机叶片长度为r。计算单位时间内流向风力机的最大风能Pm；在风速和叶片数一定的情况下，为增加风力机单位时间内接收到的风能，简述可采取的措施。 （3）已知风力发电机的输出功率P与Pm成正比，当风速v为19m/s时，某风力发电机可输出功率P1=540kW。我国某地区风速不小于v2=6m/s的时间每年约为5000小时。试估算这台风力发电机在该地区每年的最低发电量。 第二部分：高中物理固体和液体讲义 固体和液体 我们知道，分子在不断地作无规则的运动，并且它们之间存在着相互作用。分子力的作用使分子聚集，分子的无规则运动使分子分散。这两个对立的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固体、液体和气体。物理学也把固体和液体的状态称为凝聚态。凝聚态物理学是发展最快的物理学分支之一。固体和液体都是凝聚态，它们有一个共同的特点：它们的分子之间的距离和分子本身的尺寸是同一个数量级，因此分子间有很强的相互作用。这就使固体和液体都很难被压缩，在微观结构上也不像气体那样杂乱无章。固体可分为晶体和非晶态固体两大类。晶体具有规则的几何形状，如盐晶体为立方体，明矾晶体为八面体，石英晶体中间为六面棱柱，两端为六面金字塔形。冬天的雪花是空气中水蒸气凝结形成的冰晶。它们的形状虽然不同，但一般都是六边形的规则图案。非晶态固体没有规则的几何形状。除了外观上的不同，晶体和非晶态固体在物理性质上也有所区别。实验：取一块云母片，在上面涂上一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针接触云母片，观察接触点周围石蜡熔化后形成的形状。然后在玻璃片上做同样的实验。从实验中我们可以看到，熔化的石蜡在云母片上是椭圆形的，而在玻璃片上却是圆形的。实验现象表明，云母晶体在各个方向上的热导率是不同的，而非晶态玻璃在各个方向上的热导率是相同的。晶体不仅在不同的方向上热导率不同，而且机械强度、电导率等其他物理性质也不同。也就是说，晶体的物理性质与方向有关，这种性质叫做各向异性。非晶态晶体的各种物理性质在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的。简而言之，晶体在外观上具有规则的几何形状，有一定的熔点，有些物理性质是各向异性的；非晶态晶体在外观上没有规则的几何形状，没有一定的熔点，有些物理性质是各向同性的。实际上，一种物质可能以晶体和非晶态两种不同的形态出现，也就是说，一种物质是晶体还是非晶态并不是绝对的。例如，天然水晶就是晶体，而经熔化后再凝结而成的水晶（即石英玻璃）则是非晶态。许多非晶态晶体在一定条件下可以转变成晶体。固体的微观结构。组成晶体的物质粒子（分子或原子、离子）按一定的规律在空间整齐排列，晶体中物质粒子之间的相互作用很强，粒子的热运动不足以克服它们之间的相互作用而移开。粒子的热运动表现为在某一平衡位置附近不断的小振动。从1912年起，人们利用X射线研究晶体结构，证实了这一假说的正确性。现在，人们利用电子显微镜直接观察和拍摄晶体内部结构，进一步证实了这一假说的正确性。食盐晶体结构示意图显示，食盐晶体是由钠离子Na+和氯离子CI-等距排列、交错排列在三组相互垂直的平行线上，因此食盐具有规则的立方体形状。晶体形状的规则性可以用物质粒子的规则排列来解释。同样，晶体的各向异性也是由晶体内部结构决定的。左图为晶体物质粒子在平面上的排列，从图中可以看出，在不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质粒子的数量是不同的。 AB线上物质粒子较多高中物理 流体，AD线上物质粒子较少，AC线上物质粒子就更少了。正是由于物质粒子在不同方向上的排列不同，才使得晶体在不同方向上的物理性质不同。有些物质由于其物质粒子可以形成不同的晶体结构，所以可以生成几种不同类型的晶体。例如碳原子如果按图A所示排列，就变成石墨，如果按图B所示排列，就变成金刚石。石墨是层状结构，层间距离大，相互作用较弱，沿此方向很容易将石墨一层层剥落。石墨的层状结构决定了它的质地较软，可用来制作粉状润滑剂、铅笔芯等。金刚石中碳原子间的相互作用很强，所以金刚石具有很大的硬度，可用来切割玻璃，如果装在钻机的钻头上，可以钻入坚硬的岩石中。石墨和金刚石除了力学性能不同外，在其他物理性能上也有很大的区别。例如石墨密度小，金刚石密度大；石墨能导电，金刚石不能。能形成不同晶体的不仅仅是碳，其他元素也能做到这一点。例如黄磷和红磷的化学组成相同，但黄磷具有立方体结构，而红磷与石墨一样具有层状结构。液体的微观结构液体的性质介于气体和固体之间。一方面它像固体一样，有一定的体积，不易被压缩；另一方面它又像气体一样，没有一定的形状，具有流动性。液体的这些性质是由它的微观结构决定的。液体在汽化时，其体积可以发生数千倍的变化；而在凝固时，其体积会减少约10%。这表明液体分子的排列方式更接近固体。与固体一样，液体中的分子也紧密地堆积在一起，因此液体具有一定的体积，不易被压缩。然而液体分子之间的相互作用并不像固体中颗粒之间的相互作用。