13.如图甲所示是清代的手持消防水枪，它在消防灭火中发挥过一定作用，其部分结构如图乙所示：枪身由内外两个套筒组成，外筒底部是进水口，内筒顶端是喷水口、底部有活塞。使用时将进水口浸没在水中，先向上提内筒吸水，再向下压内筒喷水，如此反复。

(1)如图丙和丁是小丽设计的消防水枪进水口的两种结构，合理的是，理由是。
(2)仿制消防水枪并进行演示，测量对水做功的功率(g取10 N/kg)。

13.(1)图丙 将进水口浸没在水中,先向上提内筒吸水,此时阀门应打开,再向下压内筒喷水,阀门应关闭,由消防水枪的结构看,图丙符合要求,而图丁中吸水时阀门会关闭,喷水时阀门会打开,图丁不符合要求。
(2)若用 30 s 将 20 kg 水喷到 15 m 高处,喷水时对水做的功
$W=Gh=mgh=20\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×15\ \mathrm{m}=3\ 000\ \mathrm{J}$,
对水做功的功率 $P=\frac{W}{t}=\frac{3\ 000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$。

【分析】
本题分为两小问，第(1)问需结合消防水枪的工作原理判断阀门结构：向上提内筒吸水时，内筒内气压减小，外界大气压需将水压入内筒，此时阀门应打开；向下压内筒喷水时，内筒内气压增大，需将水从喷水口喷出，此时阀门应关闭，防止水从进水口流出，据此选择合理结构。第(2)问利用功和功率的计算公式，结合已知条件计算对水做功的功率。
【解析】
(1) 消防水枪工作时，向上提内筒，内筒内气压减小，外界大气压将水压入内筒，此时阀门应打开；向下压内筒，内筒内气压增大，需将水从喷水口喷出，此时阀门应关闭，避免水从进水口流出。观察图丙和丁，图丙满足吸水时阀门打开、喷水时阀门关闭的要求，图丁则相反，因此合理的是图丙。
(2) 计算对水做的功：水的重力 $ G = mg = 20\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 200\ \mathrm{N} $，对水做的功 $ W = Gh = 200\ \mathrm{N} × 15\ \mathrm{m} = 3000\ \mathrm{J} $；做功的功率 $ P = \frac{W}{t} = \frac{3000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}} = 100\ \mathrm{W} $。
【答案】
(1) 图丙；向上提内筒吸水时，阀门打开，水进入内筒，向下压内筒喷水时，阀门关闭，水从喷水口喷出，图丙符合要求，图丁不符合要求。
(2) 100 W
【知识点】
大气压的应用；功的计算；功率的计算
【点评】
本题结合实际消防水枪的结构考查物理知识，既需要理解大气压在吸水过程中的作用，又要掌握功和功率的计算，注重理论联系实际，难度适中。
【难度系数】
0.6