备战2021中考物理必考计算题精解精练专题08电与力含解析

这是一份备战2021中考物理必考计算题精解精练专题08电与力含解析，共13页。试卷主要包含了方法指导，类型解读等内容，欢迎下载使用。
考点解读
一、方法指导
该类题型综合多种物理知识点，紧密联系生活实际，立意于新的物理情景，知识跨度大，综合性强，难度高，解题过程中，应结合题中条件，联系对应的物理模型，选择适当的物理知识分析求解。
二、类型解读
通常这种类型的分类是根据力、电和热学之间的结合分类，常见的分类有力热综合(如汽车的运动)、电热综合(如电热器)、电力综合(电动车)等，这种分类方式并不能较全面的概括这种类型的综合题，比如题中出现太阳能、潮汐能等能量形式，学生就不知道如何归类。而且这种分类方式也不能具体指导学生如何解答此类综合题，故本书对初中较复杂的这类综合题做如下分类：
1、基本公式或基本原理的组合。其中包括力学基本公式和原理、电学基本公式、热学基本公式等在某个实际应用的题干中出现，没有相关的联系。
2、能量转化的效率问题。涉及到机械能、电能、热能、太阳能、潮汐能等各种能量相互转化的效率，解题关键是弄清什么能转化成什么能，前者即为总能量，后者为有用的能量，基本的效率公式形式是或。只要能根据能量转换写出效率公式，然后将力学、电学或热学基本公式代入即可解题。
3、利用图象或表格进行综合。此类问题往往利用图象或者表格数据将力学、电学和热学综合在一起，常常会和电学的动态电路相结合增加试题的难度。学生要能在图象或表格中找到物理量之间的数量关系，并且熟练掌握动态电路分析，才能顺利解决这类问题。
重点考向
考点一：电力计算
1．（2020•岳阳）某物理兴趣小组设计了一个拉力传感器，工作原理如图所示。其中M、N均为绝缘材料，将N固定在地面上，P、Q间是可伸缩导线（电阻不计），弹簧上端M和滑动变阻器R2的滑片P固定在一起，电源电压为12V，拉力F竖直向上。闭合开关S，当拉力为10N时，电流表示数为1A，电压表示数为2V．（1）拉力F为10N时，求R2接入电路的阻值大小；
（2）拉力F为10N时，求10s内R1产生的热量；
（3）已知拉力F的大小与滑动变阻器R2接入电路的阻值大小成正比例关系，即：F＝kR2，求k的数值；拉动M，当电压表示数为8V时，求拉力F的大小。
【解析】解：由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。
（1）当拉力为10N时，电流表示数为1A，电压表示数为2V，
由I＝可得，R2接入电路的阻值：
R2＝＝＝2Ω；
（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，拉力F为10N时，R1两端的电压：
U1＝U﹣U2＝12V﹣2V＝10V，
则10s内R1产生的热量：
Q1＝W1＝U1It＝10V×1A×10s＝100J；
（3）R1的阻值：
R1＝＝＝10Ω，
由题意可知，拉力F的大小与滑动变阻器R2接入电路的阻值大小成正比例关系，即：F＝kR2，
则k＝＝＝5N/Ω，
当电压表示数为8V时，R1两端的电压：
U1′＝U﹣U2′＝12V﹣8V＝4V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I′＝＝，即＝，
解得：R2′＝20Ω，
由F＝kR2可得，拉力F的大小：
F′＝kR2′＝5N/Ω×20Ω＝100N。
答：（1）拉力F为10N时，R2接入电路的阻值为2Ω；
（2）拉力F为10N时，10s内R1产生的热量为100J；
（3）k的数值为5N/Ω，当电压表示数为8V时拉力F的大小为100N。
2．（2020•河池）如图是一种用于建筑工地、桥梁施工等工程的爬梯式混凝土搅拌机。工作时，搅拌机将原料加工成混凝土后自动倒入运料斗，在提升电机的带动下，运料斗通过爬梯顶端定滑轮沿竖直爬梯上升到一定位置，然后将混凝土卸下。该爬梯式搅拌机部分参数如表所示，求：
（1）提升电机正常工作8h，消耗的电能是多少kW•h？
（2）若运料斗每次能运送混凝土400kg，则运送40m3的混凝土至少需要多少次？（设混凝土的密度为2×103kg/m3）
（3）某次将装有4000N混凝土的运料斗提升9m，若提升部分的机械效率为80%，则提升过程中运料斗受到的阻力是多少N？（不计绳重及滑轮摩擦）
【解析】解：（1）电机正常工作8h，P＝P额＝4.5kW，
则所消耗的电能：W＝Pt＝4.5kW×8h＝36kW•h；
（2）40m2的混凝土的质量：
m＝ρV＝40m3×2×103kg/m3＝8×104kg，
若每次所装混凝土质量为400kg，故要运的次数：
n＝＝200；
（3）有用功为克服混凝重力做的功，因不计绳重、滑轮摩擦及空气阻力，故做的额外功为克服运料斗的重力和克服运料斗受到爬梯的阻力做的功，
运料斗的重力G斗＝m斗g＝70kg×10N/kg＝700N，
则根据η＝＝＝＝可得：
提升过程中运料斗受到的阻力f＝﹣G﹣G斗＝﹣4000N﹣700N＝300N。
答：（1）提升电机正常工作8h，消耗的电能是36kW•h；
（2）若运料斗每次能运送混凝土400kg，则运送40m3的混凝土至少需要200次；
（3）提升过程中运料斗受到的阻力是300N。
3．（2020•牡丹江）图甲所示是我市某家用电辅热式平板太阳能热水器，其铭牌上标有电加热的功率为1000W．图乙是其储水箱水位探测电路原理图，其中电源电压为24V，A为水位指示表（由量程为0～0.6A电流表改成），R0阻值为10Ω，Rx为压敏电阻，其阻值与储水箱水深的关系如图丙所示。
（1）热水器正常电加热时，电热丝电阻多大（结果保留一位小数）？若阴雨天，将储水箱中50kg、30℃的水加热到50℃，正常通电要多长时间？[若电热全部被水箱中的水吸收且水无热损失]
（2）当水位指示表指示储水箱水深为0.2m时，探测电路中的电流多大？
【解析】解：
（1）由题可知，电加热器的额定功率为1000W，正常工作时的电压U＝220V，
由P＝可得，电热丝的电阻：R＝＝＝48.4Ω；
水吸收的热量为：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣30℃）＝4.2×106J，
若电热全部被水箱中的水吸收且水无热损失，则W＝Q吸＝Pt，
所以，通电时间：t＝＝＝4200s；
（2）由丙图可知，当h＝0.2m时，Rx＝150Ω，
则探测电路中的电流：I＝＝＝0.15A。
答：（1）热水器正常加热时，电热丝电阻48.4Ω；正常通电要4200s；
（2）当水位指示表指示储水箱水深为0.2m时，探测电路中的电流为0.15A。
4．（2019•百色）某服务区水泵房每天需要将重为3×106N的水送到36m高的蓄水池里。若用电动机带动一台效率为60%的水泵工作5h来完成蓄水工作。问：
（1）水泵对这些水做了多少功？
（2）带动水泵的电动机的功率至少为多大？
【解析】解：
（1）水泵对这些水做功：
W有用＝Gh＝3×106N×36m＝1.08×108J；
（2）由η＝＝60%得消耗的电能（总功）
W总＝＝＝1.8×108J，
电动机的功率：
P＝＝＝1×104W。
答：（1）水泵对这些水做了1.08×108J的功；
（2）带动水泵的电动机的功率至少为1×104W。
5．（2019•福建）“国之润，自疏浚始”。新一代国之重器“天鲲号”绞吸挖泥船在河道清淤、湖泊疏浚、吹填造陆等方面发挥着重大作用。
（1）“天鲲号”以功率P1＝6600kW进行绞吸，同时以功率P2＝13400kW向远处输送岩石泥沙，工作时间t＝10min，共做功多少焦？
（2）“天鲲号”绞刀的工作原理与家用破壁机相似。某破壁机的额定电压U＝220V，额定电流I＝10A．“天鲲号”绞刀以功率P1＝6600kW工作，相当于多少台这种破壁机正常工作消耗的总功率？
【解析】解：
（1）“天鲲号”工作时的总功率：
P＝P1+P2＝6600kW+13400kW＝20000kW＝2×l07W，
工作时间t＝10min，所做的总功：
W＝Pt＝2×l07W×10×60s＝1.2×l010J；
（2）每台破壁机的功率：
P0＝UI＝220V×l0A＝2200W，
“天鲲号”绞刀以功率P1＝6600kW工作，相当于破壁机正常工作的台数：
n＝＝＝3000（台）。
答：（1）共做功1.2×l010J；
（2）相当于3000台这种破壁机正常工作消耗的总功率。
6．（2019•哈尔滨）随着智能化的普及，机器人在人类的生活中扮演着重要的角色。在图书管理领域机器人可以辅助或替代管理员整理图书，表中所列数据是某新型图书智能管理机器人工作的部分技术参数。
现在智能机器人以最大负重将图书匀速竖直提升至最大高度，用时5s。则此次提升过程中：
（1）机器人提升图书速度是多少？
（2）机器人对书做功是多少？
（3）机器人的电动机工作电流是多少（结果保留两位小数）？电动机做功是多少？
【解析】解：（1）机器人提升图书速度：
v＝＝＝0.12m/s；
（2）机器人对书的作用力F＝G＝200N，
机器人对书做功：
W＝Fs＝200N×0.6m＝120J；
（3）由P＝UI得，机器人的电动机工作电流：
I＝＝≈0.83A；
电动机做功：
W＝Pt＝40W×5s＝200J。
答：（1）机器人提升图书速度是0.12m/s；
（2）机器人对书做功为120J；
（3）机器人的电动机工作电流是0.83A；电动机做功为200J。
7．（2019•河南）某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示，电源电压U恒为15V，定值电阻R0＝10Ω，R1为一竖直固定光滑金属棒，总长40cm，阻值为20Ω，其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定，滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好，滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端，重80N，高60cm，底面积为100cm2．当水位处于最高位置A时，M刚好浸没在水中，此时滑片P恰在R1最上端；当水位降至最低位置B时，M的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力F与其伸长量△L的关系如图乙所示。闭合开关S，试问：
（1）当水位下降时，金属棒接入电路的长度 ，电压表示数 。（两空均选填“增大”或“减小”）
（2）当水位处于位置A时，电压表的示数为多少？
（3）水位由位置A降至B这一过程，弹簧的长度增加了多少？电压表的示数变化了多少？（已知ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）
【解析】解：
（1）当水位下降时，M所受的浮力减小，弹簧的拉力增大，弹簧的伸长量增大，滑片P向下移动，金属棒接入电路的长度减小；
则R1接入电路的阻值减小，根据串联分压特点可知，R1两端的电压减小，即电压表示数减小。
（2）当水位处于位置A时，滑片P在R1最上端，此时R1＝20Ω，
根据串联电路的电阻特点可知，电路的总电阻：
R＝R0+R1＝10Ω+20Ω＝30Ω，
电路中的电流：I＝＝＝0.5A，
由I＝得，R1两端的电压：
U1＝IR1＝0.5A×20Ω＝10V，即电压表示数为10V。
（3）当水位处于位置A时，M刚好浸没，排开水的体积：
V排＝V＝Sh＝100cm2×60cm＝6000cm3＝6×10﹣3m3，
则M受到的浮力：
F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣3m3＝60N；
则弹簧受到的拉力：F1＝G﹣F浮＝80N﹣60N＝20N，
由图乙可知，当F1＝20N时，弹簧的伸长量△L1＝10cm；
当水位降至位置B时，M的下表面刚好离开水面，所受浮力为零，
则此时弹簧受到的拉力：F2＝G＝80N，
由图乙可知，当F2＝80N时，弹簧的伸长量△L2＝40cm；
所以，水位由位置A降至B这一过程中，弹簧的长度增加量：
△L＝△L2﹣△L1＝40cm﹣10cm＝30cm。
当水位降至位置B时，R1接入电路的长度：
L＝L总﹣△L＝40cm﹣30cm＝10cm，
因为R1接入电路的阻值与对应的棒长成正比，即：＝，
所以，此时R1接入电路的阻值：R1′＝×R1＝×20Ω＝5Ω，
此时电路中的电流：I′＝＝＝1A，
由I＝得，此时R1两端的电压：
U1′＝I′R1′＝1A×5Ω＝5V，即此时电压表示数为5V，
所以，电压表的示数变化量：△U＝U1﹣U1′＝10V﹣5V＝5V。
故答案为：（1）减小；减小；
（2）当水位处于位置A时，电压表的示数为10V；
（3）水位由位置A降至B这一过程，弹簧的长度增加了30cm；电压表的示数变化了5V。
考点一：力热计算
8．（2020•营口）2020年2月13日，一批增援武汉的军队医护人员乘6架国产“运20”运输机抵达武汉天河机场（如图所示），每架飞机及运送的人员和物资总质量为210t，着陆后，轮胎与地面总接触面积为4.2m2，本次航程1200km，匀速飞行过程中受到的平均阻力是9×104N，发动机的效率是40%（航空煤油的热值是4.5×107J/kg。g取10N/kg）。求：
（1）飞机降落后，静止时对水平地面的压强多大？
（2）本次航程，每架飞机发动机牵引力所做的功是多少？
（3）本次航程，每架飞机需要航空煤油的质量是多少kg？
【解析】解：（1）飞机对地面的压力：F＝G＝mg＝210×103kg×10N/kg＝2.1×106N，
飞机降落后，静止时对水平地面的压强：p＝＝＝5×105Pa。
（2）飞机匀速飞行时，受力平衡，
则牵引力F牵＝f＝9×104N，
本次航程，每架飞机发动机牵引力所做的功：W＝F牵s＝9×104N×1200×103m＝1.08×1011J。
（3）若飞机发动机的效率是40%，即η＝＝＝40%，则每架飞机需要航空煤油的质量：m＝＝＝6000kg。
答：（1）飞机降落后，静止时对水平地面的压强5×105Pa；
（2）本次航程，每架飞机发动机牵引力所做的功是1.08×1011J；
（3）本次航程，每架飞机需要航空煤油的质量是6000kg。
9．（2020•太和区校级模拟）如图所示是一款雪地摩托，其净重160kg，静止时与地面的接触总面积为500cm2，当其以最大功率72kW在水平雪地上匀速直线行驶时，最高速度可达108km/h。求：
（1）雪地摩托车静止时对水平地面的压强是多少？
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为多少？
（3）该车发动机为一款效率为24%的汽油机，若该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶5min，需要消耗多少千克汽油？（q汽油＝4.5×107J/kg）
【解析】解：（1）雪地摩托静止时对水平地面的压力：
F＝G＝mg＝160kg×10N/kg＝1600N，
雪地摩托静止时对水平地面的压强：
p＝＝＝3.2×104Pa；
（2）雪地摩托的速度v＝108km/h＝30m/s，
根据P＝＝＝Fv可得，该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力：f＝F牵＝＝＝2400N；
（3）根据P＝可得，该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶5min所做的功：W＝Pt′＝7.2×104W×5×60s＝2.16×107J，
根据η＝可得，汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝＝＝9×107J，
根据Q放＝mq可得，汽油的质量：
m汽油＝＝＝2kg。
答：（1）雪地摩托静止时对水平地面的压强为3.2×104Pa；
（2）当该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶时，所受阻力为2400N；
（3）该车以最大功率在水平雪地上用最高速度匀速直线行驶5min，需要2kg汽油。
10．（2019•铁岭）如图所示是百度在全球的首款无人驾驶巴士“阿波龙”，其空车质量为3000kg，静止时轮胎与地面接触的总面积为0.2m2．车满载时以36km/h的速度匀速直线行驶时，所受到的阻力是1380N，求：（q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）
（1）“阿波龙”空车静止在水平路面上时，对路面的压强是多少？
（2）该车满载时以36km/h的速度做匀速直线运动，牵引力的功率是多少？
（3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力工作，且以36km/h的速度满载匀速直线行驶了1km，则需消耗多少千克汽油？
【解析】解：（1）空车的重力：
G＝mg＝3000kg×10N/kg＝3×104N，
因为车在水平地面上，所以对地的压力：
F压＝G＝3×104N，
对路面的压强：
p＝＝＝1.5×105Pa；
（2）36km/h＝10m/s，
因为车匀速行驶时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以牵引力F牵＝f＝1380 N，
功率：
P＝＝＝Fv＝1380N×10m/s＝13800W；
（3）以36km/h的速度满载匀速直线行驶了1km做的功：
W＝Fs＝1380N×1000m＝1.38×106J，
根据η＝×100%知汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝＝＝4.6×106J，
利用Q放＝mq知，
需要消耗汽油的质量：
m＝＝＝0.1kg。
答：（1）“阿波龙”空车静止在水平路面上时，对路面的压强是1.5×105Pa；
（2）该车满载时以36km/h的速度做匀速直线运动，牵引力的功率是13800W；
（3）若该车用效率为30%的汽油机提供动力工作，且以36km/h的速度满载匀速直线行驶了1km，则需消耗0.1千克汽油。
型号
J2M310
整机质量（kg）
2000
空的运料斗质量（kg）
70
提升电机额定功率（kW）
4.5
参数
工作电压/V
工作功率/W
最大负重/N
提升重物最大高度/m
数据
48
40
200
0.6