对一道高考压轴题_参考答案_的商榷_崔杨

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

（如皋市石庄高级中学

1

2013年浙江省高考理综25题

“原题”）（物理压轴题，以下简称

为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨．潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的、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×b×c=0．3m×0．4m×0．3m的空间内，存在着由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=6．4T、方向垂直通道侧面向外．磁场区域上、下方各有a×b=0．3m×0．4m的金属板M、N，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

3

设该电流只存生了从N到M，大小恒为I=1．0×10A的电流，

在于磁场区域．不计电源内阻及导线电阻，海水密度ρm≈1．0×103kg/m3

．

杨

江苏如皋226531）

P3=12×

ΔEk

Δt

（1）求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其方向．（2）在不改变潜艇结构的前提下，简述潜艇如何转弯？如“倒车”？何

（3）当潜艇以恒定速度v0=30m/s前进时，海水在出口处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何分配，求出相应功率的大小．2

高考试卷给出的原题第（3）问的参考答案

基于现象分析，在不计电源内阻的情况下，专用直流电源

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；单位时间从直线通道喷出海水动能的增加值．

第一部分：牵引功率P1=F牵·v0

根据牛顿第三定律F牵=12IBL=12IBc，

当v0=30m/s时，代入数据得

P1=F牵v0=12×1．0×103×6．4×0．3×30W

=6．9×105W．

第二部分：海水的焦耳热功率．

对单个直线推进器，根据电阻定律Ｒ=ρ代入数据得Ｒ=ρ由热功率公式

l

，S

考虑到海水的初动能为零，

11mv2m（v－v0）2，ΔEk=Ek=水对地=22

m=ρm·b·c·v水对地·Δt=ρmbc（v－v0）Δt，

ΔEk13

P3=12×=12×ρbc（v－v0），

2mΔt

1

P3=12××1．0×0．4×0．3×（34－30）3W

2

=4．6×104W．

3本文对原题第（3）问的解

当潜艇正常运行时，固定于潜艇上的超导线圈的磁场B对通电海水有磁场力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）

F'=F=BIc，有反作用力F'，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，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

焦耳热功的功率应当由三部分组成，分别是F'做功的功率P1，

P2与原题参考答案相同，下其中P1、率P2及F作功的功率P3，

面对P3进行求解．

由于海水是不可压缩的流体，故在通电海水所在的a×b×c的长方体空间内，左进右出的海水速度应当是相同的，即以地面为参照系，通电海水是以v－v0=4m/s的速度匀速运动的，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

F对通电海水做功的功率所以，的问题求解P3时可以不考虑，

P3=F（v－v0）×12代入已知条件得

P3=IBc（v－v0）×12

=1．0×103×6．4×0．3×（34－30）×12W=9．2×104W．

这与原题参考答案不同．显然，

4与原题参考答案的商榷

4．1粗略地说明海水的运动

图2为粗略地画出的海水运动的示意图

．

c0．3=0．2×Ω=0．5Ω，ab0．3×0．4

P=I2Ｒ，

5

6

2325

代入数据得P单=IＲ=（1．0×10）×0．5W=5．0×10W，

12个通道的总热功率P2总=12×5．0×10W=6．0×10W．

第三部分：单位时间内海水功能的增加量：

设Δt时间内喷出海水的质量为m，

S2为通电海水所在空间的左右端S1为潜艇上海水的入口，

S1＞S2（图1），S3为垂直根据原题的资料，面以及海水的出口，

于潜艇前进方向的某一广阔的截面．

当通电海水匀速向右运动时，远前方的海水便相应地有相

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