例析中学物理中的流体类问题

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1、例析中学物理中的流体类问题　　流体力学是力学中的一个重要分支，虽然在中学阶段对这方面的要求并不是很高，但是在许多考试中尤其是在高考中还是经常会涉及到的，特别是与其他方面的知识放在一起进行综合考查的时候，不少学生由于对流体方面知识和相关训练的欠缺，处理起来很难得心应手.现举例加以说明.　　　　1在空间探测器姿态调整方面的应用　　　　例1(2000年全国)图1为一空间探测器的示意图.P1、P2、P3、P4是四个喷气发动机，P1、P4的连线与空间一固定坐标系的x轴平行，P2、P4的连线与y轴平行，发动机开动时，都能向探测器提供

2、推力，但不会使探测器转动.开始时探测器以恒定的速率v0向正x轴方向平动，要使探测器改为向正x偏负y60°的方向以原来的速率v0平动即可.则：　　　　A.先开动P1适当时间，再开动P4适当时间　　　　B.先开动P3适当时间，再开动P2适当时间　　　　C.开动P4适当时间10　　　　D.先开动P3适当时间，再开动P4适当时间　　　　解析人造航天器在外太空中运行时，如需要进行姿态调整，比如需要向前加速时，那么就需要开动置于航天器后方的发动机，使其向后发射高速粒子流，从而对航天器产生反冲作用，由于高速粒子流属于流体范畴，其稳定性

3、高，可控性强，特别是可以起到精确调整姿态的作用.　　　　依题意，本题中的探测器沿x轴正方向的分速度减小，故可先开动P1向前发射粒子流，使该方向的速度减小；又由于探测器沿y轴负方向的分速度增加，故应向y轴正方向喷射粒子流，还需应该开动P4一段时间.综上所述，本题答案应该选A.　　　　本题着重考查了运动的合成和分解知识，但是如果不具备反冲运动知识以及流体喷射方向这一细节的话，很容易出错.　　　　2在电学中的应用　　　　例2(2006年天津)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零

4、，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电量为e，质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电子个数是10　　　　A.IΔlem2eU　　B.IΔleSm2eU　　　　C.IeSm2eU　　D.SIΔlem2eU　　　　解析流体的概念并不仅仅局限于通常意义上的液体、气体，大量微观带电粒子在加速电场的作用下发生定向移动形成高速粒子流，其性质非常接近于流体的特征.　　　　故在刚射出加速电场时，一小段长为ΔL的电子束内，其性质具备流体均匀的、连续的特点，即各处的电子数密度相同.　　　　设长为Δl的

5、电子束内电子电量为q，电子束射出电场时的速度为v，则有　　　　q=IΔlv(1)　　　　在加速电场时根据动能定理得　　　　eU=12mv2(2)10　　　　还有N=qe(3)　　　　三式联立解得N=IΔlem2eU.　　　　　　?　　回路满偏电流I1=ER内1=1.54×103=375μA.　　　　当倍率×10时，欧姆表内阻R内2=400Ω，与前计算方法相同，得出回路满偏电流I2=3.75mA(即量程).此倍率下，通过表头并联电阻，使量程由375μA增大为3.75mA.　　　　由公式IgRg=(I2-Ig)R并2，　　　

6、　算出表头的并联电阻R并2≈33.33Ω.　　　　当倍率×1时，欧姆表内阻R内2=40Ω，内部结构与倍率×10相似(未画出)，回路满偏电流I3=37.5mA(即量程)，同理可得，表头扩程时并联的电阻值为R并3≈3.03Ω.　　　　现对欧姆表倍率×1和×10测量的结果进行分析.10　　　　当倍率×1时，欧姆表相当于电源(等效电源)，电动势为1.5V，内阻R内3=40Ω，根据闭合电路欧姆定律，可得U=E-IR内，在I-U坐标系中作出路端电压随电流变化关系图线b，图线a与b交点的电压、电流值，表示欧姆表测量时加在二极管两端的电

7、压值和流过它的电流值.由此算出的二极管正向阻值　　　　R1=0.6721×10-3Ω≈31.9Ω.　　　　当倍率×10时，同理，由图线a与c的交点电压、电流值，算出的阻值约为　　　　R2=0.542.2×10-3Ω≈245.5Ω.　　　　通过比较测量值和理论计算值，可知两值基本吻合.　　　　综上所述，二极管伏安特性曲线的非线性，欧姆表不同倍率其内部结构的不同，是引起欧姆表测量二极管正向电阻时阻值不同的原因，所以欧姆表测量二极管正向电阻时，无需粗测.　　　　　　10　　故选A.　　　　本题属于偏难的一道高考题，既要用到电场

8、电流的知识，更重要的是要能够将电子束这一动态过程呈现出来，从流体的角度加以认识该问题，可以事半功倍.　　　　例3(1997年上海)静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场力加速带电粒子，可以向外发射高速粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度.已知飞行器质量为M，发射的是二价氧离子，发射离子的功率为P，加速