题目
ZHDY2-1*圆形水管的某一点A,水的流速为2.0米/秒,压强为3.0×10^5Pa。沿水管的另一点B,比A点低10米,A点水管半径是B点水管半径的2倍,忽略水的粘滞力,则B点的水流速度和压强为( )(已知重力加速度g=9.8m/s^2,水密度ρ=1000kg/m^3)A. 8m/s;466kPa;B. 8m/s;368kPa;C. 4m/s;392kPa;D. 无合适选项
ZHDY2-1*圆形水管的某一点A,水的流速为2.0米/秒,压强为3.0×10^5Pa。沿水管的另一点B,比A点低10米,A点水管半径是B点水管半径的2倍,忽略水的粘滞力,则B点的水流速度和压强为( )(已知重力加速度g=9.8m/s^2,水密度ρ=1000kg/m^3)
A. 8m/s;466kPa;
B. 8m/s;368kPa;
C. 4m/s;392kPa;
D. 无合适选项
题目解答
答案
B. 8m/s;368kPa;
解析
本题考查伯努利方程和连续性方程的综合应用。解题关键在于:
- 连续性方程:流量恒定,即$A_A v_A = A_B v_B$,通过半径关系确定流速变化;
- 伯努利方程:能量守恒,需考虑动能、重力势能和压强能的转化;
- 高度差对压强的影响需通过重力势能项计算。
步骤1:应用连续性方程求B点流速
- 已知$A_A = 4A_B$(半径比为2:1,面积比为4:1),代入连续性方程:
$A_A v_A = A_B v_B \implies 4A_B \cdot 2.0 = A_B \cdot v_B \implies v_B = 8.0 \, \text{m/s}$
步骤2:应用伯努利方程求B点压强
- 伯努利方程变形为:
$P_B = P_A + \frac{1}{2}\rho(v_A^2 - v_B^2) + \rho g (h_A - h_B)$ - 代入已知数据:
- $\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3$,$g = 9.8 \, \text{m/s}^2$
- $v_A = 2.0 \, \text{m/s}$,$v_B = 8.0 \, \text{m/s}$
- $h_A - h_B = 10 \, \text{m}$
- $P_A = 3.0 \times 10^5 \, \text{Pa}$
- 计算各分项:
- 动能变化项:$\frac{1}{2}\rho(v_A^2 - v_B^2) = 0.5 \cdot 1000 \cdot (4 - 64) = -30000 \, \text{Pa}$
- 势能变化项:$\rho g \cdot 10 = 1000 \cdot 9.8 \cdot 10 = 98000 \, \text{Pa}$
- 总压强:
$P_B = 300000 - 30000 + 98000 = 368000 \, \text{Pa} = 368 \, \text{kPa}$