中考物理一轮考点详解复习课件第12.6讲 电力综合计算专题（含答案）

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命题点1表格关系力电综合
命题点2图像关系力电综合
命题点3计算关系力电综合
①一二问都很简单，不涉及综合问题；②力电关系衔接生硬，大多是通过表格或图像直接读数；③无表格和图像的力电综合，需要挖掘二者间的线性关系；
第12.6讲：电力综合计算专题
①电学中的欧姆定律公式；②R串联=R1+R2；R并联=R1R2/(R1+R2)；③力学液面浸物变压公式(见6.5讲)④受力分析和浮力或杠杆平衡求解。
题1.(2019重庆)图甲的储水容器底有质量0.5kg、底面积100cm2的长方体浮桶,桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连,距容器底0.4m处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示,其电源电压U=12V，R0=10Ω，当电流表示数为0.6 A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水。力敏电阻R与它所受压力F的对应关系如下表所示(弹簧均在弹性限度内)。（1）浮桶的重力是多少?（2）未加水时，力敏电阻所受压力为2N，电流表的示数是多少?
命题点1：表格关系力电综合
解：(1)浮筒重力G=mg=0.5kg×10N/kg=5N；(2)当压力为2N时，由表格知R电阻为110Ω；R与R0串联，总电阻为R总=R+R0=120Ω；I=U/R总=12V/120Ω=0.1A；
题1.(2019重庆)图甲的储水容器底有质量0.5kg、底面积100cm2的长方体浮桶,桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连,距容器底0.4m处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示,其电源电压U=12V，R0=10Ω，当电流表示数为0.6 A，且桶底升至阀门所处高度时，阀门才感应排水。力敏电阻R与它所受压力F的对应关系如下表所示(弹簧均在弹性限度内)。（3）当容器内的水深达到多少米时，双控阀门才打开排水?
解：(3)当电流表示数为0.6 A,阀门感应排水，此时电路中的总电阻R总’=U/I’=12V/0.6A=20Ω；此时力敏电阻R的阻值R’=R总’-R0=20Ω-10Ω=10Ω；由表格数据知,此时力敏电阻所受压力为15 N，力的作用是相互的，所以弹簧给浮桶向下的压力也是15 N；
题1.(2019重庆)图甲的储水容器底有质量0.5kg、底面积100cm2的长方体浮桶,桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连,距容器底0.4m处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示,其电源电压U=12V，R0=10Ω，当电流表示数为0.6 A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水。力敏电阻R与它所受压力F的对应关系如下表所示(弹簧均在弹性限度内)。（3）当容器内的水深达到多少米时，双控阀门才打开排水?
解：(3)浮桶受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和压力，这三个力平衡，则此时浮桶受到的浮力：F浮=G+F=5N+15N=20 N，浮桶排开水的体积为2000cm3；浮桶浸入深度为h浸=V排/S桶=2000cm3/100cm2=20cm；所以此时容器内水的深度h水=h浸+h溢=0.2m+0.4m=0.6m。
题2.（2021·重庆）如图甲所示，小勇同学设计了一个汽车落水安全装置并进行了试验，在汽车的四个门板外侧分别安装一个气囊，气囊的触发由图乙所示电路中a、b间的电压来控制，压敏电阻R1水平安装在汽车底部A处，R1的阻值随其表面水的压力的变化如图丙所示。某次试验时：汽车入水前把R2的滑片调到合适位置不动，闭合开关S,电压表的示数为3V，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到a、b间的电压等于或大于3V时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。(1)求汽车入水前电路中的电流；
命题点2：图像关系力电综合
解：(1)入水前，R1受到压力为零，由丙图知阻值为20Ω，与R2串联，U2=3V；故U1=U-U2=4.5V-3V=1.5V，I=U1/R1=1.5V/20Ω=0.075A；
题2.（2021·重庆）某次试验时：汽车入水前把R2的滑片调到合适位置不动，闭合开关S,电压表的示数为3V，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到a、b间的电压等于或大于3V时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。(2)当汽车漂浮时，测得水池的水位比汽车入水前上升了8cm（水未进入车内)，求汽车受到的重力；
解：(2)液面升高8cm，由浸物变压关系知△h=△V排/S容=8cm；
故物体排开液体体积△V排=△hS容=0.08m×20m2=1.6m3；此时受到的浮力F浮=ρ液gV排=1.6×104N；由于汽车漂浮，故重力等于浮力，即G=F浮=1.6×104N；
题2.（2021·重庆）某次试验时：汽车入水前把R2的滑片调到合适位置不动，闭合开关S,电压表的示数为3V，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到a、b间的电压等于或大于3V时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。(3）求气囊充气打开时汽车A处浸入水中的深度。
解：(3)入水前U2=3V；I=0.075A；解得R2=U2/I=40Ω；气囊打开时，Uab=3V，U2’=1.5V；
故此时由串联电路正比分压关系可知：R1’/R2=Uab/U2’=2/1，故R1’=2R2=80Ω；由丙图知此时R1受到的压力为15N；即A处受到的压强为pA=F/SA=15N/1.5×10-3m2=1×104Pa；由pA=ρgh知，此时A处的深度h=pA/ρg=1m。
题3.（2019长沙校联考）利用轮船上的电动机和缆绳从水库底竖直打捞出一长方体物体，P-t图像中表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系。已知0~80s时间内，物体始终以v=0.1m/s的速度匀速上升，当t=80s时，物体底部恰好平稳的放在轮船的水平甲板上。已知电动机的电压是200V，物体上升过程中的摩擦阻力不计，g取10N/kg。求：（1）物体未露出水面前克服重力所做的功；（2）物体的底面积；
解：(1)由图像可知，物体未露出水面上升时间为t1=50s，则物体全部浸在水中上升高度为h1=vt1=0.1m/s×50s=5m；而60s到80s时，物体完全露出水面，此时P=Fv=Gv，可得G=P/v=2000W/(0.1m/s)=2×104N；所以物体未露出水面前克服重力所做的功W=Gh1=2×104N×5m=105J；
题3.（2019长沙校联考）利用轮船上的电动机和缆绳从水库底竖直打捞出一长方体物体，P-t图像中表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系。已知0~80s时间内，物体始终以v=0.1m/s的速度匀速上升，当t=80s时，物体底部恰好平稳的放在轮船的水平甲板上。已知电动机的电压是200V，物体上升过程中的摩擦阻力不计，g取10N/kg。求：（2）物体的底面积；
解：(2)物体在0-50s时，功率P’=1×103W；此时拉力 F’=P’/v=1000W/(0.1m/s)=1×104N；物体浸没时受到的浮力：F浮=G-F’=2×104N-1×104N=1×104N；则根据F浮=ρgV排可得，物体的体积：V=V排=F浮/ρg=1m3；从图中知物体从刚开始露出水面到完全露出水面经历时间为t2=60s-50s=10s；则物体高度h2=vt2=0.1m/s×10s=1m，由体积公式V=Sh2；可得S=V/h2=1m2；
题3.（2019长沙校联考）利用轮船上的电动机和缆绳从水库底竖直打捞出一长方体物体，P-t图像中表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系。已知0~80s时间内，物体始终以v=0.1m/s的速度匀速上升，当t=80s时，物体底部恰好平稳的放在轮船的水平甲板上。已知电动机的电压是200V，物体上升过程中的摩擦阻力不计，g取10N/kg。求：（3）若电动机电能转换为机械能的效率为80%，求在0~50s内，电动机线圈中电流的大小。
解：(3)由电动机电能转换为机械能的效率为80%，即W机械/W电=80%，得出关系式P电×80%=P1；故P电=P1/80%，又因为P=UI，故I=P电/U=P1/80%U=1000W/(0.8×200V)=6.25A。
题4.某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为6V，R0为定值电阻，滑动变阻器R的阻值随弹簧的拉力F变化关系如图乙，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入100m深的湖底取出矿石样品M。返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图丙中的实线所示。在电压表示数从2V变为4V的过程中，电流表示数变化值为0.2A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度与水相同，g=10N/kg）。求：（1）水下机器人在100m深的湖底取样时受到水的压强为多少？
解：(1)p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×100m=1×106Pa；
题4.某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为6V，R0为定值电阻，滑动变阻器R的阻值随弹簧的拉力F变化关系如图乙，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入100m深的湖底取出矿石样品M。返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图丙中的实线所示。在电压表示数从2V变为4V的过程中，电流表示数变化值为0.2A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度与水相同，g=10N/kg）。求：（2）定值电阻R0的阻值是多少？
解：(2)定值电阻R0与滑动变阻器R串联；电压表示数变化量为2V，电流表示数变化值为0.2A；故R0=△U/△I=2V/0.2A=10Ω；
题4.某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为6V，R0为定值电阻，滑动变阻器R的阻值随弹簧的拉力F变化关系如图乙，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入100m深的湖底取出矿石样品M。返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图丙中的实线所示。在电压表示数从2V变为4V的过程中，电流表示数变化值为0.2A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度与水相同，g=10N/kg）。求：（3）矿石M的密度是多少kg/m3？
解：(3)水深h1时UR=2V，I=U0/R0=4V/10Ω=0.4A；R=UR/I=2V/0.4A=5Ω；由乙图知G=F=22.5N；水深h2时UR’=4V，I’=U0’/R0=2V/10Ω=0.2A；R’=UR’/I=4V/0.2A=20Ω；由乙图知F拉=15N；
解：(3)则浸没后的物体受到浮力：F浮=G-F拉=22.5N-15N=7.5N；求出物体体积V物=V排=F浮/ρ液g=750cm3；质量m=G/g=2.25kg=2250g；故ρ=m/V物=2250g/750cm3=3g/cm3=3×103kg/m3。
题5.小红同学设计了一台浮力电子秤，其结构由浮力秤和电路两部分组成,原理如图所示，小筒底面积为20cm2，高30cm，大桶底面积为70cm2，有适量水，P为金属滑片固定在托盘下面(滑片质量和滑片受到的摩擦力均忽略不计),并随托盘一起自由滑动，定值电阻R0=10Ω，AB是一根长为20cm均匀电阻丝，其最大阻值为20Ω，电源电压为12V，电压表量程是0-6V，当托盘不放物体时，P位于R最上端，小筒浸入水中10cm深（称量过程中大桶水未溢出)。求:(1）不放物体时小筒受到的浮力是多少?(2）若在托盘上放入质量为140g 的物体后，与未放入物体时相比，小筒底部受到水的压强变化了多少?
命题点3：计算关系力电综合
解：(1)不放物体时，小桶浸入10cm；即V排=h浸S物=10cm×20cm2=200cm3；F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×2×10-4m3=2N；
题5.小红同学设计了一台浮力电子秤，其结构由浮力秤和电路两部分组成,原理如图所示，小筒底面积为20cm2，高30cm，大桶底面积为70cm2，有适量水，P为金属滑片固定在托盘下面(滑片质量和滑片受到的摩擦力均忽略不计),并随托盘一起自由滑动，定值电阻R0=10Ω，AB是一根长为20cm均匀电阻丝，其最大阻值为20Ω，电源电压为12V，电压表量程是0-6V，当托盘不放物体时，P位于R最上端，小筒浸入水中10cm深（称量过程中大桶水未溢出)。求:(2）若在托盘上放入质量为140g 的物体后，与未放入物体时相比，小筒底部受到水的压强变化了多少?
解：(2)放入质量为140g的物体后，小筒仍然漂浮，因此小筒底部受到水的压力变化量：△F=△F浮=△G=△mg=0.14kg×10N/kg=1.4N，筒底部受到水压强变化量△p=△F/S物=1.4N/2×10-3m2=700Pa；
题5.小红同学设计了一台浮力电子秤，其结构由浮力秤和电路两部分组成,原理如图所示，小筒底面积为20cm2，高30cm，大桶底面积为70cm2，有适量水，P为金属滑片固定在托盘下面(滑片质量和滑片受到的摩擦力均忽略不计),并随托盘一起自由滑动，定值电阻R0=10Ω，AB是一根长为20cm均匀电阻丝，其最大阻值为20Ω，电源电压为12V，电压表量程是0-6V，当托盘不放物体时，P位于R最上端，小筒浸入水中10cm深（称量过程中大桶水未溢出)。求:(3）若要保证电路安全，则浮力秤的最大称量为多少g?
解：(3)定值电阻R0与滑动变阻器串联，电压表测量R0两端电压；当秤盘上放的物体越重时，滑片下移得越多，变阻器接入电路的阻值越小，电路的总电阻越小，电流越大；当电压表示数为6V时，电路电流最大，浮力秤达到最大称量，则电路的最大电流Imax=Umax/R0=6V/10Ω=0.6A；
解：(3)电路中的总电阻R总=U总/I=12V/0.6A=20Ω；因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电阻丝接入电路中的最小电阻R’=R总-R0=20Ω-10Ω=10Ω；AB是一根长为20cm均匀电阻丝，其阻值为20Ω，即 1cm /Ω故变阻器接入阻值为10Ω时，其接入电阻丝长度L=10cm；