旋转的乒乓球

气体和液体统称流体，流体中包含很多有趣的物理知识。来看一个实验：打开吹风机，让风竖直向上吹动，形成一段上升气柱，当在吹风机风筒上方的气柱上放置一个乒乓球时，我们发现乒乓球会悬浮在空中，如图甲所示，并且当乒乓球稍稍偏离竖直气柱的中央轴线时，乒乓球会自动回到气柱中央而保持高度几乎不变。上述实验现象可以用伯努利方程来解释，在流体中，流速大的位置压强小，流速小的位置压强大。伯努利方程可以解释很多生活中与流体有关的现象，比如汽车尾翼的设计、地铁安全线的设计等。

我们不妨进一步改进上述乒乓球的实验，如果我们将一个沿顺时针方向转动的乒乓球放置在上述气柱中，我们会发现乒乓球无法在气柱中保持静止状态，而是会向左运动，就好像乒乓球受到了一个水平向左的力，如图乙所示，这个现象被称作马格努斯效应，这个水平向左的力也被称作马格努斯力，它在一定程度上可以用伯努利方程来解释，由于乒乓球的旋转，带动乒乓球周围空气运动，最终使气流在乒乓球的左侧比其右侧的流速大，导致乒乓球右侧的压强较大，进而产生了一个水平向左的偏向力。马格努斯效应在体育中有很多的应用，比如乒乓球中的“弧圈球”，又比如有经验的足球运动员踢出的“香蕉球”，就是使踢出的足球边飞行、边旋转，从而使足球的轨迹是一条非常复杂的曲线。

根据上述材料，回答下列问题：

（1）被足球运动员踢出的“香蕉球”，其在空中飞行时会受到的作用（正确选项不止一个）；

A ．重力       B．马格努斯力       C．脚对球的作用力

（2）图甲中，将吹风机水平向右缓缓移动时，乒乓球所受合力方向为；

（3）下图中以水平初速度v₀踢出的足球，有可能向上运动的是（正确选项不止一个）。

A.    B.

C.    D.

海上风电

今天，大力发展可再生能源的中国，在水电、风电、太阳能等领域的发电规模均已达世界第一，而其中风电以其技术可靠、成本低廉的优势尤为受到关注，海上蕴含着巨大的风能，随着陆地风电的逐步开发，海上风电技术也得到了快速发展（如下图所示）。

风力发电就是利用风能带动风力发电机组的叶片旋转，通过一系列内部轴承带动发电机发电。叶片设计是风力机研制最核心的步骤之一，直接决定了风力机捕获风能水平的高低，风力机的叶片形状看起来和飞机的机翼很相似，因为它是基于飞机机翼设计原理而发展出来的，让我们以叶片中的某一个翼型（叶片的截面）为例，看看空气和叶片是如何相互作用的。如下图所示，当风以一定的攻角（叶片的前缘和后缘的连线ab与风速的夹角）流经叶片的时候，叶片背面气流速度比较大，叶片腹面气流速度较小，使叶片背面的空气压力与叶片腹面的空气压力不同。由于存在压力差，这个力就是推动叶片转动的“升力”。

请回答下列问题：

（1）在上图中，当风以一定的攻角流经叶片的时候，叶片背面的空气压力（选填“大于”、“等于”或“小于”）叶片腹面的空气压力；

（2）如下图所示设计的原理与风力发电机叶片设计原理相同的是。

A．电风扇的扇叶       

B．飞机的机翼

C．皮艇两头尖中间宽

发生在虎门大桥的涡激共振2020年5月，虎门大桥发生明显振动现象，引起了社会的广泛关注。国际桥梁专家认为主要是由于大桥发生涡激共振引起的，大桥所在地区在春、夏季的主导风向是东南风向，刚好与虎门大桥如图甲接近于垂直，这样的风向容易诱发涡激振动。

什么是“涡激振动”呢？如图乙所示，在一定条件下，流体流过阻碍物时，会在阻碍物的上下两侧先后交替产生有规则的反向旋涡①、②、③、④…，这一现象叫卡门涡街现象。产生旋涡的一侧流速快，另一侧流速慢，交替形成大小不同的压力，使阻碍物产生有规律的振动，即涡激振动。涡振频率f与阻碍物的特征宽度d和流体流速v有关，其关系为（为常数）。桥体异常振动是由于桥面上安装了高的临时护栏，在特定风环境条件下产生了涡激振动。当涡振频率与大桥本身的固有频率相近时，大桥就会出现涡激共振，发生较为剧烈的振动。

（1）如图所示的桥与风向的关系中，容易发生涡激振动的是；

A.             B.

C.             D.

（2）自然界中产生卡门涡街现象的情况很多，下列例子中与此现象相同的是；

A.茶壶盖上钻有小孔

B.云层飘过山峰

C.河水流过礁石

D.用高压锅做饭

（3）风沿着江面吹向大桥，当桥体上侧产生涡旋时，桥体（选填“上”或“下”）侧受到的压力大；

（4）安装临时护栏后，增大了桥体的，使得相同风速下桥体的涡振频率（选填“增大”或“减小”），当涡振频率接近大桥的固有频率时，大桥发生涡激共振。

主动式空气净化器

空气净化器的工作原理为：机器内的马达带动风扇使室内空气循环流动，污染的空气，通过机内的空气过滤网后将各种污染物吸附。主动式空气净化器还会在出风口加装负离子发生器，将空气不断电离，产生大量负离子，被微风扇送出，形成负离子气流，达到清洁、净化空气的目的。

下表为某型号的主动式空气净化器的参数：

①CADR 是反映其净化能力的性能指标，CADR 值越大，其净化效率越高。利用 CADR 值，可以评估其在运行一定时间后，去除室内空气污染物的效果。可按下列公式计算 CADR＝2.4V/t；（V：房间容积；t：空气净化器使房间污染物的浓度下降 90%运行的时间）

②能效比是空气净化器洁净空气体积与输入功率之比；

③净化效率等于净化前后空气中有害气体浓度的差与净化前有害气体浓度的百分比。

风速及其测量

风是由空气流动引起的一种自然现象，风既有方向也有快慢。地面气象观测中测量的是水平运动的风，用风向和风速表示。

风向标是测定风向的设备。如图甲所示的风向标是一个形状不对称的物体，在风的作用下，对空气流动产生较大阻力的一端便会转动至顺风方向，从而显示风向。

生产生活中很多时候需要测量风速。如图乙所示，风杯式风速计是一种常用的风速测量仪器。其原理如图丙所示，风杯是半球形空心杯，三个风杯用夹角为120°的三根支架固定在竖直的转轴上。起风时，气流冲击风杯，风相对风杯的速度越大，冲击力越大。凹面迎风的风杯受到的风压大，凸面迎风的风杯由于风的绕流作用，受到的风压小。作用在三个风杯上的风压差使静止的风杯开始旋转，越转越快，当风速一定时，风杯转速增大到一定值时不再增大，此时风速和风杯转速的关系为v=2πRbn，其中v为风速，n为风杯转速（每秒转过的圈数），R为风杯转动半径，b为风速计常数。风杯的转轴连接一个电路板如图丁所示，转盘上固定有10个小磁铁，当小磁铁正对磁敏开关时，磁敏开关导通，不正对时，磁敏开关断开，风杯组件每旋转一周，电路中就会输出若干个周期的脉冲信号，其信号如图戊所示。该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。

手握如图所示的两张纸，让纸自由下垂，在两张纸中间向下吹气，结果发现两张纸，这表明气体流动速度越大的位置压强越．