2013年浙江高考理综试卷（物理）第25题评析

欧剑雄

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一、 试题及参考答案

1.试题呈现

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的海水，通道中的空间内，存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度、方向垂直通道侧面向外。磁场区域上下方各有的金属板、，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生了从到，大小恒为的电流，设该电流只存在于磁场区域。不计电源内阻及导线电阻，海水密度。

（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？如何“倒车”？

（3）当潜艇以恒定速度前进时，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。

2.参考答案：

（1） 将通电海水看成导线，所受磁场力

代入数据得：

用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右（或与海水出口方向相同）

（2） 考虑到潜艇下方有左、右两组推进器，可以开启或关闭不同个数的左、右两侧的直线通道推进器，实施转弯。

改变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场力的方向，根据牛顿第三定律，使潜艇“倒车”。

（3） 电源提供的电功率中的第一部分：牵引功率

       根据牛顿第三定律：

当时，代入数据得：

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：

代入数据得：  

由热功率公式，

代入数据得：

第三部分：单位时间内海水动能的增加值

设时间内喷出海水的质量为

考虑到海水的初动能为零，

二、 试题分析

1.命题立意分析

本题以“超导磁流体潜艇”为背景，在知识层面上，本题旨在考查匀强磁场中的安培力、安培力的方向、功和功率、牛顿运动定律的应用、电阻定律、焦耳定律、动能和动能定理、功能关系及其应用等内容；在能力层面上，本题突出考查了考生的分析综合能力。

第（1）小题，要求考生能够对生活中的实际问题进行独立的分析，建立合理的物理模型，然后利用匀强磁场中的安培力、安培力的方向等知识计算、判断出磁场对通电海水的作用力大小和方向。

第（2）小题着重考查学生结合生活经验、利用物理知识解决生活实际问题的能力，在而在知识层面上仅考查安培力的方向。

第（3）小题作为全卷的压轴题，考查的知识点众多（如牛顿运动定律的应用、功和功率、电阻定律、焦耳定律、动能和动能定理、功能关系及其应用等）。要完整地解答这道题目考生不但要熟练掌握上述这些知识点，而且要有很强的分析综合能力，这样才能够从题目提取有用信息，建立合理的物理模型，并结合相关物理知识解决问题。

本题以21世纪最具发展前景的船舶推进方式之一^[1]的“超导磁流体推进”为试题背景，体现了试题注重理论联系实际，注重物理学科的自身价值，注重物理知识在生产、生活中的广泛应用的特点；有利于激发考生学习科学的兴趣，促进“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三维课程培养目标的实现。^[2]除此之外，本题并没有把对知识的考查放在首位，而是通过考核知识及其运用来鉴别考生能力的高低，突出了把对能力的考查放在首要位置的考试目标。^[2]

2.试题科学性分析

如上文所述，本题创新的物理情境为考试目标的实现奠定了良好的基础。然而非常遗憾的是，笔者认为命题者在对物理情境进行创新的同时却未能够对自己所选的物理情境做详尽的分析，导致试题提问方式出现不合理。详述如下，以供各位同行借鉴。

疑问    专用直流电源所提供的电功率是否只分成“牵引功率”、“海水的焦耳热功率”、“单位时间内海水动能的增加值”三部分？

答案显然是否定的。除了上述三部分外，通道内壁面与海水的摩擦、海水紊流、强磁场粘性影响、海水电解、电解产生的气泡、水温梯度等都会损耗功率。^[3]命题者也许会说，这些损耗功率都是次要因素，可以忽略不计。但是实际情况是：与“牵引功率”、“焦耳热功率”相比，其它的功率（包括“单位时间内海水动能的增加值”）都比较小。如果忽略这些损耗功率的话，那“单位时间内海水动能的增加值”也应该忽略不计。既然本题要考虑“单位时间内海水动能的增加值”，那么其它的这些损耗功率就不能不计。

总之，笔者个人认为本题第（3）小问的提问方式欠妥，建议更改为“思考专用直流电源所提供的电功率是如何分配的？并根据题目已知条件求出其中可以求解的功率的大小。”

当然，鉴于考生所掌握的知识的限制，他们可能最多只能想到“通道内壁面与海水的摩擦”、“海水电解”这两个因素造成的损耗功率，所以这个错误造成的不良影响应该有限。但是对于特定的某个考生而言，这种影响却是致命的。

三、 结论与建议

1.结论

综上所述，创新的物理情境是本题的亮点，但遗憾的是命题者未能对所选物理情境做一个详尽的分析，以至于试题中出现了科学性错误。在高考试题中出现这样的错误实在不可思议，应该引起后来人的足够重视。但是，我们应该看到的是：创新的物理情境对实现能力考查为首的考试目标和促进新课程的三维培养目标的实现有着积极的作用，我们不能因为会出现科学性错误就放弃这种创新的物理情境背景下的试题。只要命题者秉承对所有考生负责的态度，在题目的命制中做到科学、严谨，这样的错误完全是可以避免的。

2.建议

针对本题，建议将试题第（3）小题更改如下：

“当潜艇以恒定速度前进时，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是如何分配的？并根据题目已知条件求出其中可以求解的功率的大小。”

（此处海水在出口处相对于推进器的速度不取上面计算出来的是考虑到实际情况中通道内壁面与海水的摩擦、海水紊流、强磁场粘性影响、电解产生的气泡等因素的影响。）

参考答案    专用直流电源所提供的电功率分配为“牵引功率”、“海水的焦耳热功率”、“单位时间内海水动能的增加值”、“通道内壁面与海水的摩擦生热功率”、“电解功率”等。（答出三项或三项以上即给满分。）

“牵引功率”、“海水的焦耳热功率”的计算与原题参考答案相同，在此不再赘述。“单位时间内海水动能的增加值”的计算如下：

设时间内喷出海水的质量为，则

考虑到海水的初动能为零，所以

∴                  （6）

（从式（6）可以看出，与“牵引功率”、“海水的焦耳热功率”相比，“单位时间内海水动能的增加值”小得多。）

参考文献

[1]陈颖.船舶磁流体推进技术的实际应用[J].广东造船,2011,04:43-46

[2]教育部考试中心.2012年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程标准实验版）[M].北京.高等教育出版社.2012年1月:109-110

[3]矢崎敦生.电磁推进与船舶（刘桂兰译）[J].船电技术,1993,01:24-29

[4]郭国才.”大和-1”号超导磁流体推进系统:设计,结构以及特性[J].船电技术,1994,03:24-36

本文发表于北大中文核心期刊《中学物理教学参考》（61-1033/G4）2013年第8期。