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某景观喷泉的喷射装置截面图如图所示，它由竖直进水管和均匀分布在同一水平面上的N个喷嘴组成，喷嘴的横截面积均相同，与进水管中心的距离均为r，离水面的高度为h。水泵启动后，水从水池压到喷嘴并沿径向水平喷出，在水池面上的落点与进水管中心的水平距离为R。已知水泵的输出功率恒为P，水的密度为ρ，重力加速度为g，忽略水泵到水面的距离，不计水进入水泵时的速度以及水在管道和空中运动时的机械能损失。求：（1）水从喷嘴喷出时的速率v；（2）在水从喷嘴喷出到落入水池面的时间内，水泵对水做的功W和输送水的总质量m；（3）每个喷嘴的横截面积S0。
题型：计算题难度：中档来源：不详
（1）v=(R-r)&（2）m=&（3）试题分析：（1）水从喷嘴喷出后做平抛运动，由平抛运动规律有R-r=vtH=gt2/2 由①②式得 v=(R-r)&（2）在t时间内，水泵对水做的功W="Pt" 由②④式得w=P&&由动能定理有w-mgh=mv2/2&&&&&&&&由③⑤⑥式得m=&（3）在t时间内，依题意有 m=NρS0vt 由①⑦⑧式得S0=&&
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据魔方格专家权威分析，试题“某景观喷泉的喷射装置截面图如图所示，它由竖直进水管和均匀分布..”主要考查你对&&动能定理&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
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动能定理：
动能定理的应用方法技巧：
&1．应用动能定理解题的基本思路 (1)选取研究对象，明确并分析运动过程。 (2)分析受力及各力做功的情况，求出总功：&(3)明确过程始、末状态的动能。 (4)列方程，必要时注意分析题目潜在的条件，列辅助方程进行求解。 2．应用动能定理应注意的几个问题 (1)明确研究对象和研究过程，找出始末状态的速度。 (2)要对物体正确地进行受力分析，明确各力做功的大小及正负情况(待求的功除外)。 (3)有些力在物体运动过程中不是始终存在的。若物体运动过程中包括几个阶段，物体在不同阶段内的受力情况不同，在考虑外力做功时需根据情况区分对待。 3．几种应用动能定理的典型情景 (1)应用动能定理求路程在多阶段或往返运动中，如果摩擦力或介质阻力大小不变，方向与速度方向关系恒相反，则在整个过程中克服摩擦力或介质阻力所做的功等于力与路程的乘积，从而可将物体在摩擦力或介质阻力作用下通过的路程与动能定理联系起来。(2)应用动能定理求解多过程问题物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程)，此时可以分段考虑，也可以对全过程考虑，但如能对整个过程根据动能定理列式求解，则可以使问题简化。根据题意灵活地选取研究过程，可以使问题变得简单。有时取全过程简单，有时取某一阶段简单。原则是尽量使做功的力减少，各个力的功计算方便，或使初、未动能等于零。 (3)用动能定理求变力的功变力的功无法用公式直接求解，有时该力也不是均匀变化的，无法用高中知识表达平均力，此时可以考虑用动能定理间接求解。涉及功、能的极值问题在涉及功、能的极值问题中，有些极值的形成是南运动形式的临界状态造成的。如竖直平面内圆周运动的最高点、平抛运动等。有些极值的形成是由题设条件造成的。在解决涉及功、能的极值问题时，一种思路是分析运动形式的临界状态，将临界条件转化为物理方程来求解；另一种思路是将运动过程的方程解析式化，利用数学方法求极值。知识拓展：
&1．总功的计算物体受到多个外力作用时，计算合外力的功，一般有如下三种方法： (1)先由力的合成与分解法或根据牛顿第二定律求出合力，然后由计算。采用此法计算合力的总功时，一是要求各力同时作用在物体上。二是要求合外力是恒力。 (2)由计算各个力对物体做的功，然后将各个外力所做的功求代数和。当多阶段运动过程中不同阶段物体所受外力不同，即外力分阶段作用在物体上时常用此法求外力的总功。 (3)外力做的总功等于物体动能的变化量，在物体初、末状态已知的情况下可考虑从动能变化量来确定合外力做的功。 2．系统动能定理动能定理实质上是一个质点的功能关系，是针对单体或可看做单个物体的物体系而言的。所谓能看成单个物体的物体系，简单来说就是物体系内各物体之间的相对位置不变，从而物体系的各内力做功之和为零．物体系的动能变化就取决于所有外力做的总功了。但是对于不能看成单个物体的物体系或不能看成质点的物体，可将其看成是由大量质点组成的质点系，对质点系组成的系统应用动能定理时，就不能仅考虑外力的作用，还需考虑内力所做的功。即：如人在从地面上竖直跳起的过程中，只受到了重力、地面支持力两个力的作用，而人从下蹲状态到离开地面的过程中，支持力不对人做功，重力对人做负功，但人的动能增加了，原因就在于此过程中人不能被看成单一的质点，人体内肌肉、骨骼之间的内力对人也做功。再如光滑水平面上由静止释放两带异种电荷的小球，对两小球组成的系统来说，没有外力对它们做功，但它们的动能却增加了，原因也在于它们的内力对它们做了功。3．动能、动能的变化与动能定理的比较：
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与“某景观喷泉的喷射装置截面图如图所示，它由竖直进水管和均匀分布..”考查相似的试题有：
10098743289287528293793174604239265中国水景喷泉行业，通过30年的飞速发展，从无到有，伴随着中国制造，已经在全世界遍地开花，各种形式的喷泉层出不穷，从早期的水池喷泉，到旱喷泉，又发展了江河湖泊的升降浮筒式大型音乐喷泉，从技术方面已经比较成熟和完善。但是，对于海洋喷泉来讲，目前中国还是空白，国内成功的高质量的海洋喷泉工程案例还未曾有听说，究其原因，主要问题有两点未能解决：1、喷泉设备在海水中的防腐蚀问题；2、海洋生物对喷泉设备的影响。下面主要围绕着这两部分内容，一、海洋喷泉设备的腐蚀与防护海洋喷泉设备的腐蚀，是指组成喷泉设备的金属材料或者非金属材料，与海洋环境相互作用，在界面处发生化学、电化学或者生化反应而引起的破坏。海洋环境可分为海洋大气带、飞溅带、潮差区、海水全浸区、海泥区。在这里，我们先重点讨论两个方面：1、喷泉设备在海水全浸区的腐蚀和防护；2、喷泉电气设备如电脑灯、激光、水幕投影仪，音响设备、喷泉电气控制柜等设备在海洋大气带和飞溅带环境中的腐蚀与防护。海洋环境的防腐蚀技术，从方法上来说，主要有三种：1、改善金属的本质、2、形成保护层、3、电化学保护这三种技术。改善金属的本质，是指喷泉设备的组成零件采用耐海水腐蚀的金属合金的方法，比如采用不锈钢316L，双相不锈钢等材料制作喷泉设备。形成保护层，是指非金属层（油漆、塑料、陶瓷、憎水性油脂等覆盖在金属表面形成保护层）和金属保护层（镀层金属）、磷化处理、氧化处理、钝化处理。电化学保护，是指牺牲阳极保护阴极法（电弧热喷锌、挂锌）、外加电流保护法。下面就主要喷泉设备为例，来具体分析喷泉设备在海洋环境中的腐蚀与防护问题。1、水泵：喷泉用的海水泵，因为其安装位置需要随升降平台而升降，因此，必须属于潜水泵类型。潜水泵目前分两大类：油浸泵和水浸泵，水浸泵因为海水需从水泵内部通过，水泵内部结构复杂，因此水浸泵是不适合在海水里使用，喷泉海水泵，应该选择油浸泵比较好。从水泵材料的防腐技术来说，应该主要采用第一种防腐技术-改善金属的本质，使水泵金属材料本身具备抗腐蚀能力。在海水中，最强最经济耐海水腐蚀能力的金属，应该是不锈钢316L和等双相不锈钢材料。值得注意的是，在水泵制造的过程中，我们应该分析水泵在海水全浸泡过程中，有多少零件是直接接触海水的，所有接触海水的零件，都必须用耐海水腐蚀的不锈钢材料制作，除了泵体外，水泵的每一颗螺丝、每一个垫片，也都要求采用耐海水腐蚀不锈钢材料制作，否则一颗螺丝的被腐蚀就会害了一台水泵。2、水下灯及电缆线：在海水里使用的水下灯，浸泡海水部分的材料由灯壳、橡胶密封圈、电缆线、密封电缆接头、螺丝以及垫片组成。其中，灯壳、电缆接头、螺丝、垫片都是金属材料组成，要求用防海水不锈钢制作，注意：水下灯千万不能用其它材料的零件，比如弹簧垫片就要杜绝使用，否则就会因弹簧垫片腐蚀，螺丝松开，导致密封出现问题而漏水。橡胶密封圈在海水里耐腐蚀的，有乙丙橡胶、丁基橡胶，通常在海水里可以使用10年以上，但是，最耐海水腐蚀的橡胶应该是氟橡胶，氟橡胶材料具备抗强酸强碱的腐蚀作用，耐高温350度，耐低温零下150度，且永不老化，是在海水环境中，橡胶类最佳的防腐蚀材料，因此海水用密封圈材料最好采用乙丙橡胶、丁基橡胶和氟橡胶这几种。水下灯的电缆线，一般目前市场里有现成卖海水专用电缆，比如JHS/JHSB/PUR耐海水电缆。3、管道、管配件、阀门和喷头：海水使用的管道、管配件、阀门以及喷头，应采用316L不锈钢或者2205双相不锈钢制作。4、一维、二维数控喷头：海水里使用的数控喷头，目前我们研发了两种材料具备耐海水腐蚀，一种是同上，采用316L不锈钢或者2205双相不锈钢制作，第二种是采取“形成保护层”的方法，即铝合金外壳，通过喷涂绝缘陶瓷或者聚四氟乙烯等外层保护，使金属外面通过非金属绝缘层的保护，隔离金属与海水接触，来达到防海水腐蚀的目的。另外数控喷头的油封和O型圈目前都是采用耐海水腐蚀的氟胶材料。5、升降浮筒：海洋喷泉的大型升降浮筒的制作，如果经济上能承受，可以直接用316L等不锈钢来做，但是，316L 不锈钢的成本非常高，做如此巨大的不锈钢升降浮筒，经济上非一般喷泉工程能承受。因此，大型的升降浮筒为了降低成本，可以采用外层形成保护膜和电化学保护这两种技术综合运用，来对升降浮筒的海水腐蚀进行防护，就比较节省成本。海水中的电化学保护法，一般采用表面电弧热喷锌和多点挂锌法，通过牺牲阳极来保护阴极。热镀锌工艺因为锌层太薄，只能适合淡水中的电化学保护，不适合腐蚀性能强的海水环境。外层保护法是在升降浮筒表面电弧喷锌的基础上，再喷上多层防海水腐蚀的油漆，使升降浮筒的金属表面和海水隔离，尽可能减少浮筒电化学反应的发生，因为发生电化学反应必须满足三个条件：高电位金属、低电位金属和电解质。因此通过外层保护法使高低电位金属不在电解质环境中发生电离，就起到了很好的防腐的作用，通过这样的工艺，寿命可在10年以上。具体做法是：将焊接制作好的铁质升降浮筒，现场先喷砂除锈处理，然后利用电弧喷涂设备，将纯金属线材锌，通过电弧加热、熔融、雾化、喷涂到经喷砂除锈后的升降浮筒表面，形成电弧喷锌涂层。再经防海水有机封闭涂料封闭和面漆涂装，可形成具有良好外观的长效防腐复合涂层。防海水腐蚀的有机封闭涂料，目前用得比较多的是船用环氧类和氟碳类油漆。6、摇头电脑灯、激光、水幕投影仪，音响设备这类喷泉设备和上述5类产品不同，不是直接全浸入海水中，却是在海洋大气环境中或者海水飞溅带的环境中工作，相对海水全浸式工作环境来说，防护要好处理一些，但是也要引起高度重视。这类电子设备主要的防护部位有三点：1、电子线路板的防潮防腐蚀，2、内部非耐腐蚀金属零件的防腐，3、金属外壳的防腐。由于上述这些设备均由生产厂家大批量直接生产，因此要求生产厂家单独定做具备海洋腐蚀防护等级的设备，比较难，但是如果直接使用，一般寿命会很低，怎么办？我们的做法，通过采用质量关键部位局部加强和改进，自己动手，额外增加防腐措施，使产品的寿命尽可能延长。电子线路板，因为受带盐分的海风入侵，如果气候潮湿，线路板上都带有正负电，最容易发生化学腐蚀和电化学腐蚀，我们可以用防腐自喷漆，对准线路板均匀喷涂一层，一方面可以防水防潮，另一方面可以防止电化学腐蚀，就能大大延长线路板的使用寿命。喷泉设备内部非耐腐蚀金属零件，如铁、铝合金材料，在带盐分的潮湿空气中，不但会发生化学腐蚀，而且如果两个高低电位差比较大的零件接触在一起（比如铜和铝），还会发生电化学反应。解决办法有3个：1、表面喷涂防腐漆，2、尽可能不要使高低电位差的金属相连，如果一定要相连，可以考虑两者之间设置绝缘层材料，如果这做不到，那就可虑封闭隔离其中一种金属的外表面。举例比如铝合金外壳，需要用不锈钢螺栓固定，如果在室外长期带盐分的海风吹雨水淋，因为不锈钢和铝合金存在高低电位差，铝合金外壳内螺纹处必定被电化学腐蚀，导致螺纹连接处脱开，这种情况即做不到用铝螺丝连接，因为强度不够，也做不到铝体和不锈钢螺丝之间设置完全的绝缘层，最好的办法是，先在铝合金内螺纹处和不锈钢外螺纹处涂一层环氧绝缘胶，垫片用聚四氟乙烯，螺纹连接牢固后，胶水会向外挤开，把裸露的不锈钢螺丝头及周围铝合金部分用环氧胶封闭，这样可以使金属面与雨水和潮气隔离，阻碍电解质流动，起到很好的防电化学腐蚀作用。3、用加热法始终让设备内部保持干燥：可以在设备内部设置加装一个小型的加热器，让设备里面始终保持干燥，解决了设备长期不开就容易被腐蚀的问题。外壳防腐，主要是铁或者铝合金外壳的防腐，除了更换不锈钢外壳和上面说的两种高低电位差值大的金属防腐措施外，就是用防海水腐蚀的油漆，重新对外层进行防护，还有一种方法，采用电化学保护法中的外加电流保护法，将需要被保护的喷泉设备金属外壳，开通一个电路，用外加电路阴极保护法，将整个喷泉设备金属外壳通上直流电，被保护设备接阴极，另一端被牺牲的金属材料接阳极，这样被保护的设备不会因为失去电子而发生腐蚀了。该方法也适用于对海水里的设备进行防腐蚀保护，比如让整个喷泉升降浮筒，包括上面的所有设备都通电进行阴极保护。大类的喷泉设备和产品基本就这6种，而海水防腐的措施，基本上就这三种：改善金属的本质、形成保护层、电化学保护，我们要根据不同喷泉设备的工作特点，进行分析，在实际工作当中灵活运用或者多种方法综合运用，才能取得好的效果。 二、海洋生物对喷泉设备影响和防护喷泉设备由于长期浸泡在海水中，不仅受到海水的腐蚀，还会受到贝壳、海藻、海草等各种海洋生物的附着、侵蚀，导致喷泉设备管道堵塞、喷头出水口水流变形，水泵叶轮阻力加大，出水流量减少。还有海藻海草对水泵的堵塞等等。目前，就海洋喷泉设备来说，可以分成两大类：一类是直接采用不锈钢316L或者双相不锈钢等耐腐蚀金属制作的喷泉设备，金属表面直接接触海水，比如不锈钢喷头、水泵、管道配件阀门，另一类是采用外层保护和电化学保护方法结合，比如升降浮筒设备，先采用表面电弧热喷锌，再喷涂有机防腐蚀油漆，隔离金属和海水。下面分别对这两种喷泉设备材料如何进行海洋生物附着防护，提出一些自己的看法。关于第一种，耐海水不锈钢材料制作的喷泉设备，一般不锈钢浸入海水以后，在几小时内就有细菌在其表面附着，并以几何基数进行繁殖。有很多细菌能够产生粘液性的分泌物，分泌物为多糖类，具有一定的粘性。接着就有硅藻附着，也以细菌同样的方式繁殖，形成一层薄的粘膜。粘膜的颜色，可由半透明乳白色变成黄绿色。然后以藻类为食的虫类、大型贝壳类生物附着。管道和水泵叶轮以及喷嘴，一旦被海洋生物附着，喷泉的效果就大打折扣。不锈钢材料要防止海洋生物的附着，我觉得有两种方法比较可行：1是降低表面能，使海洋生物附着困难，比如给不锈钢喷嘴做低表面能的聚四氟乙烯内套管，水泵的一些材料，比如叶轮、拦污网罩，可以用喷涂聚四氟乙烯的方法，在保证强度的情况下，降低表面能，使水通过时，附着生物无法附着劳在壁上，直接被喷泉海水冲走，这样可以保证喷头出水的效果，也能保证水泵叶轮和拦污网罩的清洁。2是采用电解的方法，目前有导电膜电解海水，形成次氯酸，起到杀菌的方法，而喷泉设备中的耐腐蚀不锈钢体，是否也可以采用电解形成表面次氯酸的方法，来防止海洋生物附着呢？管道喷头和水泵外壳等喷泉设备，由耐腐蚀金属制作成，通上微弱的阳极电流，一般来说不至于伤害不锈钢。采用通电电解海水，其中不锈钢金属作为阳极，只要微小的电流即可，那么在不锈钢表面的海水就会被电解，形成次氯酸离子在不锈钢表面覆盖，次氯酸离子是在水中具有杀毒杀细菌作用，这样就可以防止微生物、藻类、贝类等海洋生物的附着，这种方法都是比较环保，非有毒涂料，不污染大海，保护环境。关于第二种，喷涂防海水腐蚀的有机涂料油漆的升降浮筒如何防止海洋生物附着。这种已经有涂层保护的防海洋生物附着的方法，过去都是刷含毒涂料，使附着生物中毒死亡，来防止生物附着。但是随着环保意识增加，这种方法已经逐步被淘汰，要求无毒环保的方法来解决此事，上面提到的采用涂导电膜电解海水形成次氯酸的方法，目前属于最新技术，可以用，还有一种方法是采用含辣椒素涂料，涂在被保护金属表面，来驱赶海洋生物的附着，而不是毒死海洋生物。目前含辣椒素的涂料在国内用得比较广泛一点。海洋喷泉工程的影响因素，本篇先探讨了海洋腐蚀和海底附着生物的防护两个问题，除了这两项问题外，在海洋环境中，影响喷泉的因素还有很多，比如海洋潮汐运动，海洋潮流运动，海底泥沙运动对喷泉设备的长期影响，还有各种其它海洋生物，如水母章鱼等对喷泉设备的影响，大型海底生物对喷泉设备的冲撞等，这里因为篇幅关系，也不一一深入探讨，本人对海洋喷泉经历少，只能停留在理论推断，其中难免会有一些错误，希望读者谅解，更希望通过对此类问题的探讨，能够抛砖引玉，得到更多的同行指教，共同把海洋喷泉水景技术发展起来。yaotoulong摇头龙(ytl)　
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