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2023电力行业多旋翼无人机竞赛
10,025
单选题

人站在两栋高楼中间要比站在平坦开阔的地方感觉风要大,这是流体( )的体现。

A
连续性定理
B
相对运动原理
C
伯努利定理
D
高速气流的特点

答案解析

正确答案:A

解析:

这道题的正确答案其实是 **C. 伯努利定理**(或者更准确地说是基于连续性方程和伯努利原理的综合体现,但在中学物理常见考点中,通常归结为伯努利原理或流体压强与流速的关系)。 然而,你提供的参考答案是 **A. 连续性定理**。我们需要仔细辨析一下这两个概念在本题语境下的适用性,以及为什么题目可能倾向于选 A 或者为什么标准答案可能是 C。 ### 核心物理原理分析 当风从开阔地带吹向两栋高楼之间的狭窄通道时: 1. **连续性定理 (Continuity Equation)**: * 对于不可压缩流体(空气在低速下可近似看作不可压缩),流量守恒。即 $S_1 v_1 = S_2 v_2$。 * 其中 $S$ 是截面积,$v$ 是流速。 * 当空气进入两楼之间的狭窄空间时,流通截面积 $S$ 减小。为了保持流量不变,流速 $v$ 必须**增大**。 * **结论**:连续性定理直接解释了**为什么风速会变大**。 2. **伯努利定理 (Bernoulli's Principle)**: * 公式:$P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \text{常数}$。 * 它描述了流速与压强的关系:流速越大,压强越小。 * 虽然伯努利定理非常著名,但它主要解释的是**压强变化**(例如飞机升力、喷雾器原理)。 * 在本题中,人的直观感受是“风大”,即**风速大**、风力强(动压大)。 ### 为什么答案可能是 A? * **直接原因**:人感觉风大,是因为**风速增加**了。 * **逻辑链条**:狭窄通道 $\rightarrow$ 截面积减小 $\rightarrow$ 根据**连续性定理** $\rightarrow$ 流速增大 $\rightarrow$ 人感觉风大。 * 因此,从“风速为何增加”这个最直接的角度来看,**连续性定理**是根本原因。 ### 为什么很多人会误选 C? * 在很多科普和初级物理教学中,“狭管效应”常被用来作为**伯努利原理**的反例或补充案例,或者因为伯努利原理名气太大,导致人们习惯性地将所有流体流速变化的现象都归因于它。 * 实际上,伯努利原理是能量守恒在流体中的体现,而连续性方程是质量守恒的体现。**先有连续性方程导致流速增加,再有伯努利方程导致压强降低。** * 如果题目问的是“为什么窗户会被吸出去”或“为什么两张纸会靠拢”,那选伯努利定理(压强差)更合适。 * 但题目问的是“感觉风要大”(即流速大、冲击力大),这直接对应的是速度的变化,由连续性定理决定。 ### 解析生成 **正确答案:A** **解析:** 1. **现象分析**:人站在两栋高楼中间感觉风比在开阔地方大,实质上是空气流经狭窄通道时**流速增大**的现象。这种现象在气象学和流体力学中被称为“狭管效应”。 2. **原理应用**: * 根据流体的**连续性定理**(质量守恒定律在流体力学中的体现),对于不可压缩流体,在稳定流动中,通过任意截面的流量相等,即 $S_1 v_1 = S_2 v_2$($S$为截面积,$v$为流速)。 * 当空气从开阔地带(截面积 $S_1$ 大)流入两栋高楼之间的狭窄区域(截面积 $S_2$ 小)时,由于 $S_2 < S_1$,为了保持流量恒定,流速 $v_2$ 必然显著大于 $v_1$。 3. **选项辨析**: * **A. 连续性定理**:直接解释了因截面积减小而导致流速增大的原因,符合题意。 * **B. 相对运动原理**:主要涉及参考系的选择,与流体流速变化无关。 * **C. 伯努利定理**:主要阐述流速与压强的关系(流速大,压强小)。虽然狭管效应中伴随压强变化,但人感觉“风大”主要是因为风速(动能)增加,其根本原因是连续性定理导致的流速提升。因此,从因果关系的源头来看,连续性定理更为直接和基础。 * **D. 高速气流的特点**:这是一个描述性选项,不是物理原理名称。 **总结**:两楼之间空间狭窄,空气流通截面积减小,根据**连续性定理**,空气流速加快,因此人感觉风更大。 --- **注**:如果在某些考试体系中,将“狭管效应”整体归类为伯努利原理的应用场景(因为通常这两个原理是一起讲授的,且伯努利原理更广为大众所知),可能会存在争议。但在严格的物理逻辑推导中,**流速增加**是由**连续性方程**决定的。鉴于题目给出的答案是 A,上述解析完全支持该答案的逻辑。

相关知识点:

流体连续性定理要牢记

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