专题24 力电综合计算题对策练习

专题24 力电综合计算题对策  

解决专题问题策略

一、解决力电综合计算题一般涉及到的物理公式

1.速度公式：v=s/t

2.密度公式：ρ=m/V

3.重力公式：G=mg

4.压强公式：P=F/S

5.浮力公式：

（1）浮力产生的原因：F浮=F向上–F向下

（2）弹簧秤法：F浮=G–F 

（3）阿基米的原理法即公式法：

F浮=G排=m排g

F浮=ρ水gV排

（4）物体在液体里漂浮或者悬浮：F浮=G  

6.机械功：W=Fs；

7.功率：P=W/t

8.机械效率公式：η= W有/W总

9.电功公式：W=UIt

注意：公式W=UIt，适用于任何电路，而公式的变形式W=IRt和只适用于纯电阻电路，即将电能全部转化为热能的电路。

10.电功率公式：

（1）定义式P=W/t

（2）计算式：P=UI

（3）推导式:.

二、解决力电综合计算题一般涉及到的物理规律

1.二力平衡条件：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反，两个力在同一套直线上。

拓展：同一物体水平向左的力之和等于水平向右的力之和；竖直向上的力之和等于竖直向下的力之和。

2.液体压强规律：P=ρgh

3.阿基米德原理：

4.杠杆平衡条件：F1L1=F2L2

5.串并联电路电流、电压特点：

串联电路：

（1）串联电路中各处电流相等，即I=I1=I2=……=In；

（2）串联电路两端的电压等于各支路电压之和,即:U=U1+U2+……+Un；

（3）串联电路的总电阻等于各串联电阻阻值之和，即R=R1+R2+……+Rn。

并联电路：

（1）并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，即I=I1+I2+……+In；

（2）各并联支路两端电压相等，即：U=U1=U2=……=Un；

（3）并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻的阻值倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2+……+1/Rn。

6.欧姆定律：I=U/R

7.焦耳定律：Q=IRt

中考典型例题解析

【例题1】（2021四川成都一模）某班科技小组的同学设计了一种简易的电子拉力计，图甲是其原理图。放在水平地面上的物体A通过硬质弹簧与拉环相连。弹簧上端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，滑片P与R2接触良好且不计摩擦）。已知物体A的质量为150 kg，底面积为80cm2，定值电阻R1＝10 Ω，R2是一根长为6cm的均匀电阻线（阻值与其长度成正比），标有“30Ω  0.5A”字样。电源电压为6 V，电流表的量程为0～0.6A。当不拉拉环时，金属滑片P刚好处于a端。已知该弹簧伸长的长度与所受竖直向上的拉力F间的关系如图乙所示，试问：

(1)闭合开关，当电流表示数为0.4 A时，R2接入电路中的电阻为多少？

(2)当拉力F＝400N时，电流表的读数为多少？

(3)在保证电路安全的条件下，物块A对地面的压力范围是多少？

【答案】(1) 5Ω；(2) 0.3A；(3) 9401500N。

【解析】(1)当I=0.4A时，电路的总电阻是

R2接入电路中的电阻为

(2)由图乙可知，当F=400N时，，此时R2接入电路的电阻值

则电流表的读数为

（3）要保证电路安全，则电路中的最大电流不能超过0.5A，即当电流为0.5A时，拉环上的拉力最大，则电路中的最小电阻为：

滑动变阻器R2接入电路的最小电阻为

弹簧的伸长量为

由乙图知，此时拉环拉力为

物块A对地面最大的压力

物块A对地面最小的压力

【例题2】（2021贵州黔东南二模）某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度，其中R1＝2Ω是一个定值电阻，R2是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图2所示，电源电压保持6V不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为0.02m2的面承受海水压力。（设海水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）

（1）当电流表示数为0.2A时，求压敏电阻R2的阻值；

（2）如图2所示，当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强；

（3）若电流的最大测量值为0.6A，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？

【答案】（1）当电流表示数为0.2A时，压敏电阻R2的阻值为28Ω；

（2）当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，压敏电阻R2所在深度处的海水压强为2×106Pa；

（3）若电流的最大测量值为0.6A，则使用此方法能测出海水的最大深度是500m。

【解析】（1）由I＝可得，当电流表示数为0.2A时电路的总电阻：

R总＝＝＝30Ω，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以，压敏电阻R2的阻值：

R2＝R总﹣R2＝30Ω﹣2Ω＝28Ω；

（2）当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，由图2可知，压敏电阻受到的压力F＝4×104N，

此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强：

p＝＝＝2×106Pa；

（3）当电流表的示数I′＝0.6A时，使用此方法能测出海水的深度最大，

此时电路的总电阻：

R总′＝＝＝10Ω，

此时压敏电阻的阻值：

R2′＝R总′﹣R2＝10Ω﹣2Ω＝8Ω，

由图2可知，压敏电阻受到的压力F′＝10×104N，

此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强：

p′＝＝＝5×106Pa，

由p＝ρgh可得，使用此方法能测出海水的最大深度：

h＝＝＝500m。

物体的质量：m＝＝＝14kg。

临门一脚预测练

1.（2020山东泰安）小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。OAB为水平杠杆，OB长1m，O为支点，OA∶AB=1∶4，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻R0的阻值为10Ω，压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。

(1)当电池组电压U0＝12V，平板上物体所受重力分别是80N和100N时，闭合开关S，分别求出电流表的读数；

(2)电池组用久后电压变小为U1，这时平板上物体重100N时，电流表读数为0.3A，求U1的大小；

(3)在第(2)问情况中，电池组电压大小为U1，要求平板上重为100N的物体对应的电流表读数和电池组电压U0＝12V的情况下相同，小明采取了两种解决办法：

①其它条件不变，只更换电阻R0，试求出更换后的R0′的大小。

②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点A的位置，试判断并计算触点A应向哪个方向移动？移动多少厘米？

【答案】(1)0.3A和0.4A；(2)9V；(3)①2.5Ω；②触点A应向左移动，移动3厘米

【解析】(1)由杠杆平衡条件可知，当FA1＝80N，FA2＝100N时

FA1·OA＝FB1·OB

80N·OA＝FB1·OB

FA2·OA＝FB2·OB

100N·OA＝FB2·OB

由题意可知

OA∶AB=1∶4

OA∶OB=1∶5

解得FB1＝16N，FB2＝20N

由R的阻值随所受压力F变化关系图象得R1＝30Ω、R2＝20Ω

由欧姆定律得

I1==0.3A

I2==0.4A

(2)U1的大小U1=IR总2=I0(R2＋R0)＝0.3A×(20Ω+10Ω)=9V

(3)①其它条件不变，只更换电阻R0为R0′，由题意得

U1=I2R总2′=I2(R2＋R0′)

9V=0.4A×(20Ω+R0′)

解得R0′＝2.5Ω

②其它条件不变，只向左调节A触点Lcm，压力传感器阻值为R3

U1=I2R总3=I2(R3＋R0)

9V=0.4A×(R3＋10Ω)

解得R3＝12.5Ω

从图象可知FB3＝23N，由杠杆平衡条件FB3·OB＝FA2·(OA＋L)

23N×1m＝100N×(×1m＋L)

解得L＝3cm

2.（2021河南二模）如图中甲是电子秤的原理图（图中压力表是用电流表改装的）。已知电源电压为24V，电阻R0=60Ω，压力传感器Rx的阻值随所受压力F变化的图像如图乙，压力传感器表面能承受的最大压力为400N，压杆与压力传感器的接触面积是2×104m2（托盘和压杆的质量可以忽略不计）。求：

（1）该压力传感器能承受的最大压强；

（2）当压力为200N时，由乙图可知压力传感器Rx的阻值是多少？

（3）当压力为200N时，通过R0的电流为多少？R0消耗的电功率为多少？

【答案】（1）2.78×106Pa   （2）180Ω   （3）0.6W

【解析】（1）压力传感器能承受的最大压强：

p=F/S==2×106Pa；

（2）由图乙知，当压力为200N时，由乙图可知压力传感器Rx的阻值是180Ω；

（3）由图甲知，R0与Rx串联，所以当电压为200N时，通过R0的电流：

I0=I=U/R=0.1A；

R0消耗的电功率：P0=U0I0=I02R0=（0.1A）2×60Ω=0.6W．

3.（2021山东潍坊二模）小强同学利用学过的物理知识设计了一个拉力计，图甲是其原理图，硬质弹簧右

端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），定值电阻R0=5Ω， 

a  b是一根长5 cm的均匀电阻丝，其阻值为25Ω，电源电压U=3V，电流表的量程0——0.6A，

请回答：

（1）小强在电路中连入R0的目的是。

（2）当拉环不受力时，滑片处与a端，闭合开关S后电流表的读数是多少？

（3）已知该弹簧伸长的长度△L，与所受拉力F间的关系如图乙所示，通过计算说明，开关S闭合后，当电流表指针指在0.3A处时，作用在拉环上水平向右的拉力是多大？

【答案】（1）保护电流表（2）0.1A（3）400N

【解析】（1）电路中必须接入R0，其目的是保护电流表．

（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，闭合开关S后电流表的读数应为I=0.1A．

（3）当电流表读数为0.3A时，

根据欧姆定律，可得R0两端的电压为U0=I1R0=0.3A×5Ω=1.5V，

则R1两端的电压为：U1=U﹣U0=3V﹣1.5V=1.5V，

故R1接入电路部分的电阻R1=5Ω，

因电阻丝的电阻值与长度成正比，

故可知弹簧被拉长的长度为△L=4cm，

对照图乙，可知作用在拉环上的水平向右的拉力为F=400N．

4.（2021云南一模）如图所示是一直流电动机提升重物的装置。已知重物质量m =50kg，电源电压U =110V保持不变，电动机线圈的电阻R = 4Ω，不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀速向上提升重物时，电路中的电流I = 5A（g=10N／kg）。求：

（1）电源的输出功率；

（2）电动机线圈电阻R的发热功率；

（3）试从能量转化和守恒的角度，求重物上升的速度大小。

【答案】（1）550W；（2）100W；（3）0.9m/s。

【解析】（1）P出 = UI =110V×5A = 550W

（2）P热 = I2R = (5A)2×4Ω= 100W

（3）因能量守恒，电动机对重物做的功的功率为：

P有用= P出—P热=550W－100W=450W

又因为：P= = =F×=Fv，

且匀速向上提升重物时：F=G=mg=50kg×10N／kg=500N，

所以：v = = =0.9m/s.

5.（2021重庆二模）近年来，我市的轿车市场十分火爆，各种新型轿车驶进千家万户。如图乙所示为某新型轿车测定油箱内油面高度的电路原理图。其中电源电压恒为6V，R0是阻值为5Ω的定值电阻，A是油量指示表（实质是一只电流表，油量的变化通过电流的变化同步显示出来）。Rx为压敏电阻，它的电阻随受到的压力变化关系如下表。（取g＝10N/kg）

（1）若轿车以90kW的恒定功率启动作直线运动，且整个运动过程中受到的阻力不变，速度v与时间t的关系如图丙所示，在0～25s时间内，轿车的牵引力与阻力关系可能的是：牵引力________阻力（选填“大于”、“等于”、“小于”、“大于或等于”）。

（2）由（1）中的条件求在0～5s时间内轿车发动机做功多少?

（3）如果空油箱的质量为5kg，油量表的零刻度线对应于电流表上的示数是多少?

（4）若电流表的量程为0～0.6A，该油箱加满油时，指针恰好指示最大刻度，求油箱的容积。

（ρ汽油=0.7×103kg/m3）

【答案】（1）大于或等于

（2）轿车发动机做功W＝Pt＝90×103W×5s＝4.5×105J

（3）I＝0.015A（4）0.05m3

【解析】（1）从图象可以看出，在0～25s时间内，轿车的速度从逐渐变大，到匀速运动；速度逐渐变大时，牵引力大于阻力，速度不变时，受力平衡，牵引力等于阻力；所以轿车的牵引力与阻力关系可能的是大于或等于；

（2）轿车的功率P=90kW=9×104W，

轿车发动机做功：W=Pt=9×104W×5s=4.5×105J；

（3）空油箱的重力G油箱=m油箱g=5kg×10N/kg=50N，

从表中可以看出，50N压力对应的电阻值为395Ω，

电阻Rx与电阻R0串联，电路中的总电阻R1=Rx+R0=395Ω+5Ω=400Ω，

电流表的示数为：I=6V/400Ω=0.015A；

（4）油箱加满油时，电路中的电流为I′=0.6A，

由I=得，电路中的总电阻为：

R′=U / I′=6V/0.6A=10Ω，

压敏电阻的阻值为：R=R′﹣R0=10Ω﹣5Ω=5Ω，

查表可知，压敏电阻受到的压力为400N，则油箱和油重力为400N，

油的重力为：G油=400N﹣50N=350N，

油的质量为：m油= G油/g =35kg，

油的体积：V油= m油/ρ油=0.05m3，

油箱的容积等于油的体积，为0.05m3．

6.（2020山东潍坊）某型号汽车的油量显示电路如图甲所示，其中定值电阻R0=10Ω，R为压敏电阻（厚度不计），位于油箱底部，A表是一量程为0——0.6A的电流表，作为油量指示表。压敏电阻的电阻值随汽油产生的压强的变化而变化，其对应关系如图乙所示。已知加满汽油时油的深度为0.4m，A表示数为0.6A，汽油密度ρ油=0.7×103kg/m3，g取10N/kg。求：

(1)加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强；

(2)电源的电压；

(3)汽油耗尽时电流表的示数。

【答案】(1)；(2)12V； (3)0.1A

【解析】(1)加满汽油时油的深度为0.4m，所以加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强为

(2)加满汽油时油的深度为0.4m，A表示数为0.6A，汽油产生的压强为，由乙图可知，此时压敏电阻的电阻值，R0=10Ω，根据串联电路的特点和可得，电源电压为

(3)汽油耗尽时，压敏电阻受压强为0，由图象知此时压敏电阻连入电路的阻值，由串联电路特点和欧姆定律可得此时电路中电流为

7. （2020山东东营）植保无人机因其操控简单､喷酒均匀､省时高效等优点，在现代农业中发挥着重要作用，图为某型号双起落架植保无人机｡其项目参数如下表

(1)若以最佳作业速度飞行，求无人机2min飞行的距离；

(2)求加满药箱农药质量（取1.1×103kg/m3）；

(3)求空载时静止在水平地面上的无人机产生的压强（g取10N/kg）；

(4)电池充满电后，求无人机储存的电能｡

【答案】(1)960m；(2)33kg；(3)；(4)4.32×106J

【解析】（1）飞行时间

飞行距离

(2)药箱体积∶V=30L=3×10-2m3，加满后农药的质量

(3)无人机所受的重力

无人机产生的压力 受力面积

无人机产生的压强

(4)电池充满电后，无人机储存的电能