对一道高考压轴题_参考答案_的商榷_崔杨.pdf

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1、中学物理Vol．32No．172014年9月对一道高考压轴题“参考答案”的商榷崔杨(如皋市石庄高级中学江苏如皋226531)12013年浙江省高考理综25题ΔEkP3=12×，(物理压轴题，以下简称“原题”)Δt为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替考虑到海水的初动能为零，代螺旋桨．潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的、1212ΔEk=Ek=mv水对地=m(v－v0)，22用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如下．在直线通道内充满电阻率ρ=0．2Ω·m的海水，通道中a×bm=ρm·b·c·v水对地·Δt=ρmb

2、c(v－v0)Δt，×c=0．3m×0．4m×0．3m的空间内，存在着由超导线圈产P=12×ΔEk=12×1bc(v－v)3，3ρm0Δt2生的匀强磁场，其磁感应强度B=6．4T、方向垂直通道侧面向13外．磁场区域上、下方各有a×b=0．3m×0．4m的金属板M、P3=12××1．0×0．4×0．3×(34－30)W2N，当其与推进器专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产4=4．6×10W．3生了从N到M，大小恒为I=1．0×10A的电流，设该电流只存3本文对原题第(3)问的解在于磁场区域．不计电源内阻及导线电阻，海水密度ρm≈1．0当潜艇

3、正常运行时，固定于潜艇上的超导线圈的磁场B对33×10kg/m．通电海水有磁场力F=BIc的作用，根据牛顿第三定律，通电海水中的电流，对潜艇(实际上是对固定于潜艇上的超导线圈)有反作用力F'，F'=F=BIc，因为功是能量转化的量度，专用直流电源就是通过F和F'做功，实现电能向其它能的转化，同时电流流过海水，伴随着专用直流电源的电能向焦耳热转化，(1)求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力因此，在不考虑电源内阻及导线电阻的情况下，专用直流电源大小，并判断其方向．的功率应当由三部分组成，分别是F'做功的功率P1，焦耳热功(2)在不改变潜艇

4、结构的前提下，简述潜艇如何转弯?如率P2及F作功的功率P3，其中P1、P2与原题参考答案相同，下何“倒车”?面对P3进行求解．(3)当潜艇以恒定速度v0=30m/s前进时，海水在出口处由于海水是不可压缩的流体，故在通电海水所在的a×b×相对于推进器的速度，思考专用直流电源所提供的电功率如c的长方体空间内，左进右出的海水速度应当是相同的，即以地何分配，求出相应功率的大小．面为参照系，通电海水是以v－v0=4m/s的速度匀速运动的，2高考试卷给出的原题第(3)问的参考答案至于进a×b×c空间前和出了a×b×c空间后海水是如何运动基于现象分析，在不

5、计电源内阻的情况下，专用直流电源的问题求解P3时可以不考虑，所以，F对通电海水做功的功率提供的总功率转化为三部分功率，分别是:提供潜艇前进的牵P3=F(v－v0)×12引功率;磁场区域内通电海水产生的焦耳热功率;单位时间从代入已知条件得直线通道喷出海水动能的增加值．P3=IBc(v－v0)×123第一部分:牵引功率P1=F牵·v0=1．0×10×6．4×0．3×(34－30)×12W4=9．2×10W．根据牛顿第三定律F牵=12IBL=12IBc，显然，这与原题参考答案不同．当v0=30m/s时，代入数据得4与原题参考答案的商榷3P1=F牵v

6、0=12×1．0×10×6．4×0．3×30W4．1粗略地说明海水的运动5=6．9×10W．图2为粗略地画出的海水运动的示意图．第二部分:海水的焦耳热功率．l对单个直线推进器，根据电阻定律Ｒ=ρ，Sc0．3代入数据得Ｒ=ρ=0．2×Ω=0．5Ω，ab0．3×0．42由热功率公式P=IＲ，2325代入数据得P单=IＲ=(1．0×10)×0．5W=5．0×10W，S1为潜艇上海水的入口，S2为通电海水所在空间的左右端5612个通道的总热功率P2总=12×5．0×10W=6．0×10W．面以及海水的出口，根据原题的资料，S1＞S2(图1)，S3为垂

7、直第三部分:单位时间内海水功能的增加量:于潜艇前进方向的某一广阔的截面．设Δt时间内喷出海水的质量为m，当通电海水匀速向右运动时，远前方的海水便相应地有相·67·2014年9月Vol．32No．17中学物理2同质量的海水从速度为零，变为速度为4m/s，其过程显然是极12IＲ为总的焦耳热功率，与原解P2相同，则12E'I就应当是本复杂的，但就整个海水来讲，在Δt时间内，有m=ρmbc(v－文所解的P1与P3之和，12因E'=Bcv水对磁场=Bcv，v0)Δt的海水动能从零增加到Ek=2m(v－v0)，因此，原题参35所以12E'I=12×6．4

8、×0．3×34×10W=7．82×10W．考答案就认为这个动能的增加就等于磁场力F对海水做的功，这一结果正好等于本文所解的P1与P3之和，说明了本文ΔEk解答的自洽