2015中考物理综合计算题题型之一力电综合题 14页

第3讲 力、热、电大综合的计算 综合计算题综合多种物理过程，有的联系生活实际，常常立意于新的物理情境.解题过程运用多个物理概念及规律，分析多个研究对象，该类题型有：能量效率问题、电热结合、力热结合、电力结合等；要求学生在解题技巧上，仔细审题，对题目进行认真分析划分为子问题，划分步骤，逐层深入，建立有关方程，求解；要求学生关注生活中的物理，学会思考，学会知识迁移和建模，尝试用物理知识解决各类问题，逐步提高综合能力.‎ 题型之一 力、电综合题 该题型一般以发电机、电动机、压敏电阻、滑动变阻器、简单机械为载体，建立力与电之间的联系，或考查力电转换，或力与电并列设置问题进行考查.‎ ‎ （2014·杭州）图甲是一个电子拉力计原理图.硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（P与R1间的摩擦不计）.电压表量程为0～3 V，ab是一根长为6 cm的均匀电阻丝，阻值R1=30 Ω，电源电压U=6 V.‎ ‎（1）要保证电压表能正常工作，电路中R0至少应为多少欧？‎ ‎（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a，闭合开关后电压表的读数为多少伏？‎ ‎（3）已知该弹簧伸长的长度Δl与所受拉力F间的关系如图乙所示，若R0=45 Ω，通过计算说明， 开关S闭合后，当电压表指针指在0.8 V处，作用在拉环上水平向右的拉力为多大? 此拉力计的量程是多少？x k b 1 . c o m 点拨：为了保证电压表的正常工作，R0至少应分3 V的电压.‎ 当滑片P处于a端时，开关闭合后电压表被短路.‎ 当电压表的示数为0.8 V时，可先用欧姆定律求出电流中电流，进而求出R1的aP段阻值、滑片P移动的距离Δl，对比图像即可得出此时拉环上拉力的大小F.‎ 滑片P的最大移动距离Δl′=6 cm，对比图像即可得出此时拉环上拉力的大小F.‎ 1. ‎（2013·台州）重力灯是英国的里弗斯设计的一款概念环保灯，设计师为这款灯找到 ‎　了“可再生能源”，它就是通过一定的装置将重力势能转化为电能.已知重物质量为20 kg，‎ ‎　每次被举高2 m，LED灯的额定功率为1 W，g取10 N/kg.则：‎ ‎　（1）重物每被举高一次，人至少对重物做了多少焦的功？‎ ‎　（2）重物重力做的功有50% 转化为电能，每举高一次重物能使该灯正常照明多长时间？‎ 2. ‎（2014·黄冈）当前城镇化建设进程中，在一些场馆和楼房建设工地上，常见一种“塔 ‎　吊”的起重设备，其主要组成为电动机和机械两部分，如图所示.假设某“塔吊”配置的 ‎　电动机铭牌上标有：额定电压380 V，额定功率38 kW，线圈电阻0.5 Ω.在一次起吊中，‎ ‎　该“塔吊”电动机正常工作25 s，把质量为3 t的重物吊起22 m(g取10 N/kg).求：‎ ‎ ‎ ‎　（1）电动机吊起重物的过程中消耗的电能.‎ ‎　（2）电动机正常工作过程中线圈产生的热量.‎ ‎　（3）该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率.‎ 3. ‎（2014·荆州）建筑工地上常用电动机通过“龙门吊”提升重物，电动机带动绕有钢索 ‎　的轮轴转动，与钢索相连的重物就被匀速提升，如图所示.如果轮轴的周长L=40 cm，电　‎ ‎　动机带动轮轴每秒钟转1圈，被提升的重物质量m=600 kg，电动机的电功率P=4 kW，g ‎　取10 N/kg，求:‎ ‎　‎ ‎　(1)在1 min内重物被提升的高度.‎ ‎　(2)在1 min内钢索对重物所做的功.‎ ‎　(3)这套设备的机械效率为多少？‎ 4. ‎（2014·绍兴）小敏看到超载损坏的新闻报道.设计了一个称量车重的模拟电路，将载 ‎　重量转化成电流表示数，如图甲.电路由电源，称重计（电流表，量程0～0.6 A）,定值　‎ ‎　电阻R0，滑动变阻器R1，弹簧和开关组成.已知电源电压8伏，滑动变阻器R1长40厘米、‎ ‎　最大阻值20欧，且电阻的大小与其接入的长度成正比，弹簧的长度与受到压力之间的关 ‎　系如图乙，当没有载物时，变阻器滑片指向上端，电流表示数是0.1 A.‎ ‎　（1）定值电阻R0多大？‎ ‎　（2）弹簧的长度与受到的力的关系是：在弹性限度内，.‎ ‎　（3）最大载重时，该模拟电路的电流表示数多大？‎ ‎　（4）小华觉得最大称量时，该模拟电路的电流表示数应该过满量程的一半，则应选择定 ‎　　　值电阻；R2=20欧，R3=5欧和R4=1欧中哪个替换R0，替换后，最大称量时，电流表示 ‎　　　数多大？‎ 5. ‎（2014·嘉兴）随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭.扫地机器人具有 ‎　主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能.如图是某款扫地机器 ‎　人及铭牌上的部分参数，请回答下列有关问题：‎ ‎　　‎ 项目 指标参数 工作电压 ‎15 V 功率 ‎30 W新*课*标*第*一*网 电池容量 ‎2 000 mAh ‎　（1）机器人吸尘的工作原理是通过电动机转动使内部压强_________，从而使杂物进入吸　‎ ‎　　　尘器.‎ ‎　（2）电池容量“2 000 mAh”是指当工作电流为2 000 mA，能持续供电1小时.若充满电 ‎　　　后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？‎ ‎　（3）机械人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充 ‎　　　电.若返回过程中受到的阻力为20 N，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离 ‎　　　充电座最远为多少米？（剩余电池容量的40%用于提供克服阻力做功）‎ 6. ‎（2013·庆阳）电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具.电动骑行时，蓄电池对车 ‎　上电动机供电，电动机为车提供动力.下表是某型号电动自行车主要技术参数：‎ ‎　‎ 整车 整车质量 ‎40 kg 最高车速 ‎≤30 km/h 最大噪声 ‎≤62 dB 蓄电池 蓄电容量 ‎0.576 kW·h 电动机 额定电压 ‎48 V 额定功率 ‎240 W ‎　（1）行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为50 cm２，当一个质量为50 kg的中学生骑 ‎　　　着该电动自行车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是多大？（g取10 N/kg）‎ ‎　（2）若蓄电池储存能量的80%用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直公 ‎　　　路上匀速行驶时受到的平均阻力为40 N，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多 ‎　　　远？ ‎ ‎　（3）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各举一条）‎ 7. ‎（2014·福州）为反对浪费，响应“光盘行动”，小明为自助餐厅的餐桌设计了“光盘 ‎　仪”，餐盘放在载盘台上，若盘内剩余食物的质量达到或超过规定值，人一旦离开餐桌，‎ ‎　提示器就会发出提示音，其原理图如图所示，电源电压3 V不变，提示器的电阻R0恒为 ‎　50 Ω，传感器R1的阻值随载盘台所载质量变化的关系如下表所示，开关S闭合后，求：‎ ‎　‎ 载盘台所载 质量m/g ‎100‎ ‎110‎ ‎120‎ ‎130‎ ‎140‎ ‎150‎ ‎160‎ ‎…‎ 传感器R1/Ω ‎100‎ ‎90‎ ‎80‎ ‎70‎ ‎60‎ ‎50‎ ‎40‎ ‎…‎ ‎　（1）根据表中数据，当载盘台所载质量是100 g时，R1的阻值是多少？电路中的电流是 ‎　　　多少？‎ ‎　（2）在第（1）问的基础上，通电5 s，电流通过R1产生的热量是多少？‎ ‎　（3）当电路中的电流达到0.03 A时，提示器会发出提示音，若空餐盘质量为100 g，此　‎ ‎　　　时盘内剩余食物的质量是多少？‎ 8. ‎（2014·泰安）如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图（俯视图），立方 ‎　体产品在水平传送带上与传送带以相同速度v=1 m/s匀速运动，产品的质量m=0.8 kg.计 ‎　数器由电流表和电路计数元件组成（电流表和电路计数元件的电阻不计），通过电路中电 ‎　流的变化计数产品，a为激光源，R1为光敏电阻，R2为保护电阻.当激光射向R1时，R1的阻 ‎　值变小，每当产品运动通过a与R1之间时，射向R1的光线会被产品挡住，R1阻值变大.闭 ‎　合开关，电路中计数器中电流的示数I随时间t的变化图像如图乙所示.（g取10 N/kg）‎ ‎　（1）不计空气阻力，求传送带匀速运送产品过程中对每一个产品的作用力大小和方向.‎ ‎　（2）求每个产品的边长L1和产品的间隔L2.每个产品对传送带的压强大小.‎ ‎　（3）已知电源电压U=3 V，R2=1 kΩ，求传送带匀速运输产品过程中1 min内光敏电阻 ‎　　　R1消耗的电能.‎ 第3讲 力、热、电大综合的计算 题型之一 力、电综合题 例1（1）电压表示数最大时，R0有最小值，此时电路中的电流I1=U/R1=3 V/30 Ω=0.1 A，‎ R0= UR0/I1=（6 V－3 V）/0.1 A= 30 Ω.‎ ‎（2）当滑片P处于a端时，开关闭合后电压表被短路，其示数为0.‎ ‎（3）当电压表的示数为0.8 V时，电路中的电流I2=U/R=6 V/（30 Ω＋45 Ω）=0.08 A，RaP= UaP/I2= 0.8 V/0.08 A= 10 Ω，R1的aP段laP=6 cm×10 Ω/30 Ω=2 cm，即滑片P移动的距离为2 cm，由图像可知，此时拉环上拉力F=200 N.‎ 由于电阻丝ab的长度为6 cm，则滑片P的最大移动距离Δl′=6 cm，由图像可知，此时拉环上拉力F′=600 N，即拉力计的量程为0～600 N.‎ 针对训练 ‎1.（1）重物的重力：‎ G=mg=20 kg×10 N/kg=200 N 人对重物做的功：‎ W=Fs=Gh=200 N×2 m=400 J ‎(2)重物重力做的功转化的电能：‎ W电=Wη=400 J×50%=200 J 每举高一次重物能使该灯正常照明的时间：‎ t== =200 s ‎2.（1）由于电动机正常工作，消耗的功率等于额定功率，‎ 即P=38 kW=3.8×104 W，工作时间t=25 s，‎ 所以电动机消耗的电能 W=Pt＝3.8×104 W×25 s＝9.5×105 J ‎（2）电动机正常工作时的电流：‎ I==P额/U额=3.8×104 W/380 V=100 A 线圈产生的热量：‎ Q=I2Rt=(100 A)2×0.5 Ω×25 s=1.25×105 J ‎（3）线圈电流产生热量即该“塔吊”本身消耗的电能为W1=Q=1.25×105 J，所以“塔吊”电能转化为机械能的总量，‎ 即机械部分所做的总功 W总=W-W1 =9.5×105 J-1.25×105 J ‎=8.25×105 J 又因为η==，‎ 所以该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率 η＝3×103 kg×10 N/kg×22 m8.25×105 J=80%‎ ‎3.(1)轮轴在1 min内转过的圈数 ‎ N=nt=1×60=60转 故重物上升的高度h=NL=60×0.4 m=24 m ‎(2)钢索对重物做功 W物=mgh=600×10×24 J=1.44×105 J ‎(3)电动机在1 min消耗的电能 W总=Pt=4 000×60 J=2.4×105 J 故该装置的机械效率 η=W物/W总=1.44×105 J/（2.4×105 J）=60%‎ ‎4.（1）R总=U/I1=8 V/0.1 A=80 Ω,‎ R0=80 Ω-20 Ω=60 Ω.‎ ‎（2）受到的压力越大，弹簧的长度越短.‎ ‎(3)模拟电路最大载重时弹簧长度为24厘米，此时滑动变阻器的电阻为R′1‎ ‎20 Ω/40 cm=R′1/24 cm, R′1=12 Ω I′=U/R=8 V/（60 Ω+12 Ω）=0.11 A.‎ ‎（4）I＞0.3 A U/(R′1+R)＞0.3 A ‎8 V/(12 Ω+R)＞0.3 A R＜14.67 Ω I≤0.6 A U/(R′1+R)≤0.6 A ‎8 V/(12 Ω+R)≤0.6 A R≥1.33 Ω.‎ ‎∴选R3，电阻最大载重电流 I=UR=8 V（12 Ω+5 Ω）=0.47 A.‎ ‎5.（1）减小 ‎（2）I===2 A=2000 mA ‎=1 h ‎（3）克服阻力做的功：‎ W=UIt=15 V×2 000 mAh×10%×40%=4 320 J s===216 m ‎6.（1）地面受到的压强p=F/S =(40 kg+50 kg)×10 N/kg/0.01 m2=0.9×105 Pa ‎（2）蓄电池储存的电能 W电＝0.576 kW·h＝2 073 600 J 电动自行车行驶克服阻力做功 W机＝W电η＝2 073 600 J×80%=1 658 880 J 电动自行车能连续行驶的路程 s=W机/F=1 658 880 J/40 N=41 472 m ‎（3）优点：无尾气；噪音小.缺点 ：蓄电池一般使用一年左右就需更换，废弃后的电池污染环境.‎ ‎7.（1）由表可知，R1=100 Ω R=R1+R0=100 Ω+50 Ω=150 Ω 电路中的电流I===0.02 A ‎（2）电流通过R1产生的热量：‎ Q=I2R1t=(0.02 A)2×100 Ω×5 s=0.2 J ‎（3）当电路中的电流达到0.03 A时 R′===100 Ω R1′=R′-R0=100 Ω-50 Ω=50 Ω 查表可知,载盘所载质量为150g 剩余食物的质量m余=150 g-100 g= 50 g ‎8.(1)F=G=mg=0.8 kg×10 N/kg=8 N;竖直向上 ‎(2)L1=vt1=1 m/s×0.1 s=0.1 m L2=vt2=1 m/s×0.2 s=0.2 m F压=G=mg=0.8 kg×10 N/kg=8 N p=F压/S=8 N/0.01m2=800 Pa ‎(3)在0~0.2 s内,I1=2×10-3 A U2=I1R2=2×10-3 A×103 Ω=2 V U1=U-U2=3 V-2 V=1 V W1=I1U1t1=2×10-3 A×1 V×0.2 s=4×10-4 J 在0.2 s-0.3 s内,I2=1×10-3 A U3=I2R2=1×10-3 A×102 Ω=1 V U4=U-U3=3 V-1 V=2 V W2=I2U4t2=1×10-3 A×2 V×0.1 s=2×10-4 J 在1 min内,W=60 s/0.3 s·(W1+W3)=200×（4×10-4 J+2×10-4 J）=0.12 J.‎ 新课标第一网系列资料 www.xkb1.com ‎