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

·67·

2014年9月

其过程显然是极同质量的海水从速度为零，变为速度为4m/s，

复杂的，但就整个海水来讲，在Δt时间内，有m=ρmbc（v－

1

v0）Δt的海水动能从零增加到Ek=m（v－v0）2，因此，原题参

2

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，

ΔEk

”这样的算式．：“P3=12×从而在原题参考答案中出现了

Δt

如果海水只受F的作用，则上式是正确的，但原题并没有这一说明，因而原题参考答案用F做功的功率P3等效于合外力作功

ΔEk

的功率P3=12×是其误解的根源．

Δt

4．2用闭合电路欧姆定律计算出与本文相同的结果

设专用直流电源的电动势为E，海水与磁场相对运动切割磁感线产生的电动势为E'，海水电阻为Ｒ，电流为I，则由右手

E'与E方向相反，定则可知，故根据闭合电路欧姆定律有I=

E－E'

，也即E=E'+IＲ．Ｒ

2

上式两边同时乘以I，得EI=E'I+IＲ，

2

两边再同时乘以12，得12EI=12E'I+12IＲ，

上式右边上式左边12EI为潜艇12个专用直流电源的总功率，

Vol．32No．17中学物理

12I2Ｒ为总的焦耳热功率，则12E'I就应当是本与原解P2相同，

文所解的P1与P3之和，

E'=Bcv水对磁场=Bcv，因

35

所以12E'I=12×6．4×0．3×34×10W=7．82×10W．

说明了本文这一结果正好等于本文所解的P1与P3之和，

解答的自洽性．5总结

（1）对本题误解的原因之一就是答题者往往认为通电海水各部分运动速度不同，而这种观点忽视了a×b×c空间的特点，因此也启示我们，在平常的评讲课上，一定要经常询问学生，每一个判断是不是有根有据，否则的话，只会在题海中培养出没有独立思考能力的简单劳动者．

（2）本题误解的原因之二就是对功能定理成立条件的忽

《物理教学》2013年第7期第65页刊载的略，甚至有些观点（如

“大胆”陈述通电海水“作匀加速直线运动”，一文）就它启示

“自作主张”地用我们，解决物理问题时，要独立思考，但不能

题目没有给出的条件和找不到根据的条件解题．

（3）本题误解的原因之三可能是题目所告诉的条件ρm=

1．0×103m/s启示我们在解题训练时，让学生多一层思考：不是题目所有条件在解题中都必须使用．

2013年极具时代气息的高考题赏析

饶炳生

（明溪县第一中学

继2012年新课标卷“拖把”问题和重庆卷“托乒乓球跑

2013年高考又有一些极步”问题等极具生活气息的考题之后，

具时代气息的考题精彩上演，它们来源于与人密切相关的生

活、社会、科技、自然等各个方面，令人耳目一新．本文从中择几例精华，作粗浅分析，以求共同欣赏．1来源于社会现象

（2013年四川）近来，“中国式我国多个城市开始重点治理

过马路”行为．每年全国由于行人不遵守交通规则而引发的交通事故上万起，死亡上千人．只有科学设置交通管制，人人遵守交通规则，才能保证行人的生命安全．如图2所示，停车线AB与前方斑马线边界CD间的距离为23m．质量8t、车长7m的卡车以54km/h的速度向北匀速行驶，当车前端刚驶过停车线AB，该车前方的机动车交通信号灯由绿灯变黄灯．

（1）若此时前方C处人行横道路边等待的行人就抢先过

4

马路，卡车司机发现行人，立即制动，卡车受到的阻力为3×10N．求卡车的制动距离；

（2）若人人遵守交通规则，该车将不受影响地驶过前方斑

D处人行横道信号灯应该在南马线边界CD．为确保行人安全，

北向机动车信号灯变黄灯后至少多久变为绿灯？22

解析（1）据题意，由vt－v0=2ax，得

2

v2t－v0

x=

2a

福建明溪365200）

a=

Fm

（2）（3）（4）（5）

代入数据得制动距离x=30m

（2）据题意，汽车不受影响的行驶距离应该是

x1=30m

故黄灯的持续时间为t，则t=

x1

v0

t=2s（6）时间为代入数据得，

赏析本题来源于一种不文明的社会现象，整治行人闯红灯是去年以来的社会热点问题．题目先通过一幅漫画形象描

“中国式过马路”行为：一群视而不见、述了两耳不闻的行人昂首阔步地走过马路，既不见正前方红灯的警示，也不闻右前方

“随大流”“法不责众”汽车的鸣笛．反映了和的心态，考题抨击

了这种行为对规则的践踏、对安全的漠视和社会公德的缺失．从物理知识的考查来说，题目简单，但从社会效果来说，意义重

，大．“亲善产生幸福，文明带来和谐”这是法国大作家雨果的名

言．在构建和谐社会的进程中，需要不断提升人的素质．高考以

（1）

阻力产生的加速度为a，

由牛顿第二定律得汽车刹车时，

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