對一道高考壓軸題-參考答案-的商榷-崔楊

對一道高考壓軸題_參考答案_的商榷_崔楊中學(xué)物理Vol．32No．172023年9月

對一道高考壓軸題“參考答案”的商榷

崔

（如皋市石莊高級中學(xué)

1

2023年浙江省高考理綜25題

“原題”）（物理壓軸題，以下簡稱

為了降低潛艇噪音，提高其前進(jìn)速度，可用電磁推進(jìn)器替代螺旋槳．潛艇下方有左、右兩組推進(jìn)器，每組由6個相同的、用絕緣材料制成的直線通道推進(jìn)器構(gòu)成，其原理示意圖如下．在直線通道內(nèi)充滿電阻率ρ=0．2Ωm的海水，通道中abc=0．3m0．4m0．3m的空間內(nèi)，存在著由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B=6．4T、方向垂直通道側(cè)面向外．磁場區(qū)域上、下方各有ab=0．3m0．4m的金屬板M、N，當(dāng)其與推進(jìn)器專用直流電源相連后，在兩板之間的海水中產(chǎn)

3

設(shè)該電流只存生了從N到M，大小恒為I=1．010A的電流，

在于磁場區(qū)域．不計(jì)電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻，海水密度ρm≈1．0103kg/m3

．

楊

江蘇如皋226531）

P3=12

ΔEk

Δt

（1）求一個直線通道推進(jìn)器內(nèi)磁場對通電海水的作用力大小，并判斷其方向．（2）在不改變潛艇結(jié)構(gòu)的前提下，簡述潛艇如何轉(zhuǎn)彎？如“倒車”？何

（3）當(dāng)潛艇以恒定速度v0=30m/s前進(jìn)時，海水在出口處相對于推進(jìn)器的速度，思考專用直流電源所提供的電功率如何分配，求出相應(yīng)功率的大?。?

高考試卷給出的原題第（3）問的參考答案

基于現(xiàn)象分析，在不計(jì)電源內(nèi)阻的情況下，專用直流電源

提供的總功率轉(zhuǎn)化為三部分功率，分別是：提供潛艇前進(jìn)的牽引功率；磁場區(qū)域內(nèi)通電海水產(chǎn)生的焦耳熱功率；單位時間從直線通道噴出海水動能的增加值．

第一部分：牽引功率P1=F牽v0

根據(jù)牛頓第三定律F牽=12IBL=12IBc，

當(dāng)v0=30m/s時，代入數(shù)據(jù)得

P1=F牽v0=121．01036．40．330W

=6．9105W．

第二部分：海水的焦耳熱功率．

對單個直線推進(jìn)器，根據(jù)電阻定律Ｒ=ρ代入數(shù)據(jù)得Ｒ=ρ由熱功率公式

l

，S

考慮到海水的初動能為零，

11mv2m（v－v0）2，ΔEk=Ek=水對地=22

m=ρmbcv水對地Δt=ρmbc（v－v0）Δt，

ΔEk13

P3=12=12ρbc（v－v0），

2mΔt

1

P3=121．00．40．3（34－30）3W

2

=4．6104W．

3本文對原題第（3）問的解

當(dāng)潛艇正常運(yùn)行時，固定于潛艇上的超導(dǎo)線圈的磁場B對通電海水有磁場力F=BIc的作用，根據(jù)牛頓第三定律，通電海水中的電流，對潛艇（實(shí)際上是對固定于潛艇上的超導(dǎo)線圈）

F'=F=BIc，有反作用力F'，因?yàn)楣κ悄芰哭D(zhuǎn)化的量度，專用

直流電源就是通過F和F'做功，實(shí)現(xiàn)電能向其它能的轉(zhuǎn)化，同時電流流過海水，伴隨著專用直流電源的電能向焦耳熱轉(zhuǎn)化，因此，在不考慮電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻的情況下，專用直流電源

焦耳熱功的功率應(yīng)當(dāng)由三部分組成，分別是F'做功的功率P1，

P2與原題參考答案相同，下其中P1、率P2及F作功的功率P3，

面對P3進(jìn)行求解．

由于海水是不可壓縮的流體，故在通電海水所在的abc的長方體空間內(nèi)，左進(jìn)右出的海水速度應(yīng)當(dāng)是相同的，即以地面為參照系，通電海水是以v－v0=4m/s的速度勻速運(yùn)動的，至于進(jìn)abc空間前和出了abc空間后海水是如何運(yùn)動

F對通電海水做功的功率所以，的問題求解P3時可以不考慮，

P3=F（v－v0）12代入已知條件得

P3=IBc（v－v0）12

=1．01036．40．3（34－30）12W=9．2104W．

這與原題參考答案不同．顯然，

4與原題參考答案的商榷

4．1粗略地說明海水的運(yùn)動

圖2為粗略地畫出的海水運(yùn)動的示意圖

．

c0．3=0．2Ω=0．5Ω，ab0．30．4

P=I2Ｒ，

5

6

2325

代入數(shù)據(jù)得P單=IＲ=（1．010）0．5W=5．010W，

12個通道的總熱功率P2總=125．010W=6．010W．

第三部分：單位時間內(nèi)海水功能的增加量：

設(shè)Δt時間內(nèi)噴出海水的質(zhì)量為m，

S2為通電海水所在空間的左右端S1為潛艇上海