强化突破18电能与内能机械能杠杆电磁继电器浮力等融合的分析计算-九年级科学上册学练测（浙教版）（原卷版）

强化突破18、电能与内能、机械能、杠杆、电磁继电器、浮力等融合的分析计算一、解答题1．恒温水壶（如图甲）具有煮沸和保持恒温（温度维持在一个稳定值）两个功能，其恒温功能给有需求的人群带来了便利。某项目小组对照评价量表设计了如图乙电路，计划获得一款恒温温度可调范围为35℃90℃之间的恒温水壶电路模型。【评价量表】（部分)指标优秀合格待改进功能同时具有煮沸和恒温功

能，能自动开启恒温同时具有煮沸和恒温功

能，不能自动开启恒温只有煮沸或者恒温功能

的一种温度保持能调节恒温的设定温度，

且范围符合要求能调节恒温的设定温度，

范围不完全符合能恒温，但设定温度不可

调节，或不能恒温【电路简介】S1、S2是底座开关（当水壶放在底座上，开关始终处于闭合状态)；S3是一个自动开关，设置煮沸模式时自动闭合，当水的温度达到沸点温度时会自动断开，且不再闭合；R3、R4是两根电热丝，R3=44欧，R4=2420欧，U2=220V；R1、R2是两个不同类型的热敏电阻，其阻值随温度变化关系如图丙；La和Lb是两个完全相同的电磁铁。(假设电磁铁对衔铁的吸引力不会随距离的改变而改变，不考虑衔铁的弹力和重力)【评价与改进】（1）该电路对应的恒温保温功率=瓦。（2）从“功能”指标看，该设计是否达到优秀等级，请分析说明。。（3）“温度保持”指标目前为“待改进”水平，能否将其调整为优秀等级，若能，请写出改进方法；若不能，请说明理由。。2．（2023·宁波模拟）校本课程《陶艺》课上，烧制不同的陶、瓷作品需要不同的温度。为了能满足上述要求小明设计了一个电热式烧制炉的电路模型(如图甲所示)。工作电路：S1为电源开关；S2为衔铁的同步开关(电磁继电器吸下衔铁时S212两个发热电阻组成。闭合S1和S2，烧制炉开始工作，先高功率升温，后保温期间能自动实现高功率、低功率两档切换。控制电路：烧制炉利用温差电源控制炉内温度达成恒温烧制。温差电源的热点(T1点)放在炉中，冷点(T2点)放在低温恒温箱中，其提供的电压与T1、T2两点间的温度差关系如图乙所示。当温差电源使电磁继电器的电流达到0.015A时，电磁铁恰好能将弹性衔铁吸下，同时S2断开；一段时间后，温度降到预设值以下，释放弹性衔铁，同时S2闭合；如此反复，直至恒温烧制结束。（1）当S1和S2刚闭合时，工作电路中的两电阻的工作状态是____。A．仅R1工作 B．R1与R2串联工作C．仅R2工作 D．R1与R2并联工作（2）烧制炉烧制某陶瓷作品时，工作电路的高功率和低功率随时间变化如图丙所示，则烧制炉完成本次工作消耗的电能共为多少?（3）控制电路通过改变R0接入电路的阻值，实现改变烧制炉内的烧制温度。若控制电路中电磁继电器的线圈阻值为0.5欧，温差电源的冷点温度恒为20℃，现要烧制骨瓷作品需将炉内温度控制为1220℃，则需移动R0上的滑片使其接入电路的阻值为欧。3．（2023·柯桥模拟）一些大型商场内常会安装观光电梯，其简图及部分数据如图甲所示。电梯满载上升时，主电动机提供动力，驱动轿厢。已知商场营业时间为10：0022：00，该时间段内电梯一直处于通电状态。为了安全，电梯设置了超载报警装置，其简图如图乙。控制电路电压12V，当电流大于0.2A时，衔铁吸合，电铃响电梯自动报警。压力传感器的电阻与所受压力F的关系如图丙，忽略电磁继电器、导线等的电阻。（1）自动报警装置中的电磁铁右端为极。（2）某次达到最大载重时，电梯自动报警，求此时R0的阻值。（3）营业期间该电梯平均有五分之三的时间处于待机状态，其他时间以额定功率运行，求一天中的耗电量。4．综合实践活动中，同学们设计了款可用电流表示数显示拉力大小的测力计模型，电流表示数随拉力的增大而增大。模型电路如图甲所示，ab为长10cm、阻值25Ω的电阻丝，其阻值与长度成正比。滑片P左端固定在拉杆上，弹簧处于原长时，滑片P位于a端。电源电压恒为6V，弹簧电阻恒为1Ω，R0为4Ω，其余部分电阻不计，电流表量程为0~0.6A。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦。（1）虛线框内接线柱“1”应与(选填“2”或“3”)连接。（2）闭合开关，弹簧处于原长状态时，R0消耗的功率多大？（3）弹簧的伸长量△L与所受拉力F之间的关系如图乙所示，则电流表示数最大时显示的拉力多大？（4）在汇报交流阶段，同学们对模型设计的不足提出了改进措施。如甲图的方案，从电路的安全性考虑，其他条件不变，R0的阻值应不小于Ω。5．（2023·舟山模拟）图甲是某款空气炸锅，它可以不用油或少用油来炸制食品。（1）空气炸锅原理：利用电流的，，产生的热量使空气受热，热空气通过食物表面，使食物中的水迅速汽化，食物变脆，从而达到与油炸相当的烹饪效果。（2）如图乙是该空气炸锅加热管的简化电路。控制电路电压为6V，R₀为热敏电阻，其阻值随温度变化如图丙所示；R为可调电阻器，电磁继电器线圈的电阻忽略不计，当继电器线圈电流达到50mA时，衔铁会被吸下。①控制电路开关S1闭合时，电磁铁上方为极。②使用爆米花功能时，需要温度达到200℃时吸下衔铁，停止加热进行保温，此时可调电阻器R接入电路的阻值大小为，。（3）如图工作电路电压为220V，加热电阻R1、R2的阻值分别为44Q、176Ω。用此空气炸锅烤牛排(加热档)，一次炸熟500g牛排需要5分钟，求这段时间内消耗的电能是多少?6．能源问题是当今世界的主题之一，空气能热水器已广泛进入我们的生活，其工作原理如图甲所示，氟介质从室外空气吸热汽化进入压缩机，氟介质蒸汽由压缩机压缩升温后，进入水箱冷凝器中液化放热，实现给水箱中的水加热。随后回到室外开始下一个循环。氟介质在水箱中释放的热量来自于两部分：一是氟介质在空气中吸收的热量，二是压缩机压缩气体时电能转化得到的内能，所以它比普通的电热水器更高效节能。通常我们用“能效比”（即制热量与消耗的电能的比值）来反映空气能热水器的节能性能。某款空气能热水器，它的部分技术参数如表。每秒制热量Q/J3000电热规格U/V220每秒消耗电能W/J750水箱容积V/L200（1）空气能热水器比普通的电热水器节能的原因是。（2）这款空气能热水器正常工作时的能效比为，若不考虑热量损失，将一箱15℃的冷水加热到55℃，吸收的热量为J，消耗的电能为J。（3）图乙是压缩机气缸结构示意图，压缩机活塞上下移动一次扫过的体积为800cm35Pa，活塞压缩一次氟介质做的功为J。7．（2023·柯桥模拟）小华制作的蓄水池水位报警模拟装置如图甲所示：浮子由铜片E、空心杆F和木块Q构成，在低水位时，铜片E位于固定支架上；当水位上升到距池底的高度为H时，铜片E刚好与C、D接触，蜂鸣器R发出忽强忽弱的报警音，报警音的强度随着其两端电压的增大而增大。电源电压U=6V，定值电阻R0=3Ω，R可视为9Ω的定值电阻，不计其它电阻。（1）请结合图甲说明当E与C、D接触时，蜂鸣器R发出忽强忽弱报警音的工作原理；（2）在衔铁被释放和吸下过程中，蜂鸣器R两端电压随时间变化如图乙所示；在未解除报警的情况下，求开始报警后10s内电路所消耗的电能？（写出计算过程）（3）要使刚开始报警时水面距池底的高度H增大，提出一条改进措施。8．（2023·乐清模拟）如图甲，小明设计的“加热恒温水壶”电路可实现以下功能：①防“干烧”，即壶内水量低于一定值，不能加热：②壶内的水先煮沸后才自动恒温；③恒温的温度可以手动调节。【电路简介】压敏电阻R可感知壶内水量：热敏电阻R2可感知水温，阻值变化趋势如图乙；L1、L2为完全相同的两个电磁铁(电阻不计，忽略距离对电磁铁磁性的影响)﹔电热丝R0电阻恒为24.2欧，当加入水量达到最低水位时，电热丝工作；烧水至沸腾后，可手动调节滑动变阻器R3，实现恒温的温度调节。（1）要实现防“干烧”功能，加入水量未到最低水位时，L1磁性L2磁性(填“<”、“=”或“>”)。（2）水沸腾后，要使壶内水温从恒温60℃调节至55℃，R3阻值需适当调小，请简要分析原因。。（3）如图丙，若电热丝加热300秒使水沸腾，水温冷却至恒温温度后重新加热，加热、冷却反复循环，每次时长均为10秒，实现水温恒定。求900秒内电热丝R0消耗的电能大小。（4）小红认为该设计还有不足，请指出其中一处。9．（2023·杭州模拟）我国某汽车企业发布、使用了全球最先进的锂电池——“刀片电池”。如图所示为一种采用该锂电池的电动汽车，该锂电池的容量约为84kW·h，整车质量约2440kg。（1）该车采用140kw直流快充充电技术，则理论上将锂电池电量从20%充至80%的时间为。（2）若仅靠锂电池驱动，质量为80kg的汪老师驾驶充满电的该电动汽车能以80km/h的速度在水平路面上匀速行驶540km。已知行驶时的阻力为车对地面压力的0.02倍，则该电动汽车匀速行驶时所受的牵引力大小为多少？该电动汽车的电动机效率是多少？10．我国某汽车企业发布、使用了全球最先进的锂电池——“刀片电池”。如图所示为一种采用该锂电池的电动汽车，该锂电池的额定电压为550V，容量为150A·h，整车质量为2390kg。（1）该车采用150kW直流快充充电技术，则理论上将锂电池电量从20%充至80%的时间为。（2）若仅靠锂电池驱动，质量为60kg的小慈老师驾驶充满电的该电动汽车能以80km/h的速度在水平路面上匀速行驶550km。已知行驶时的阻力为车对地面压力的0.02倍，则该电动汽车匀速行驶时所受的牵引力大小为多少？该电动汽车的电动机效率是多少（结果保留到0.1%）？11．某学习小组开展“自制豆芽机”项目化学习活动，主要包括产品设计、功能调试、评价改进三个环节。[产品设计]图甲是小组成员完成的设计草图，内容包括发育盘、淋水系统和控温装置。发育盘上有沥水孔；淋水系统由水泵驱动，豆芽机中的水可通过内部管道和沥水孔按箭头方向流动，使用时可通过调节水流大小控制发育盘中的积水量。控温装置内部电路如图乙所示，可实现加热、保温两档自动切换，其中R0是定值电阻，R1、R2为电热丝，Rx为热敏电阻。[功能调试]小组成员购置了相关配件进行产品制作与调试。配件的具体参数如下：控制电路电源电压U为3伏，R0为25欧，R1为440欧，Rx的阻值与温度的关系如图丙所示，电磁铁衔铁在电流大于60mA时吸合，小于30mA时释放。[评价改进]小瑞设计了评价量规(部分指标如下表)，并以此作为豆芽机评价改进的依据。作品等级评价指标优秀合格待改进氧气提供能够提供充足的氧气不会出现缺氧情况能够提供充足的氧气，偶尔出现缺氧情况不能提供充足的氧气，经常出现缺氧情况温度控制能实现自动控温并能提供适宜的温度能实现自动控温，但温度过高或过低不能自动控温（1）请根据评价量规，对小组设计的豆芽机的“氧气提供”指标进行等级判定，并写出判断的依据：（2）功能调试时，小瑞测得豆芽机的保温功率为55瓦，请计算其加热功率。（3）小科查阅资料发现绿豆萌发的适宜温度范围是20℃25℃，请结合数据分析此款豆芽机自动控制的温度范围是否符合要求。12．小温参加学校项目化学习挑战赛——设计制作“恒温热水壶”。项目要求：①防干烧，即壶内无水，不能加热；②壶内的水必须先煮沸后才能自动恒温；③恒温的温度可以手动调节。项目设计：如图所示为小温设计的电路图，其中L1、L2为完全相同的两个电磁铁，压敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，可感知水量：热敏电阻R2的阻值随温度的升高而降低，可感知水温。一开始开关S闭合，水沸腾后，开关S会自动断开，且不会自动闭合，水温下降至设定温度，电路进入恒温状态。衔铁下方的弹簧质量不计，开关S闭合时，无弹力：当开关S断开后，通过相关元件，使弹簧产生向右拉力。项目疑难：（1）无水时，图中R1R2+R3(填“>”、“<"或“=")．（2）开关S应接在图中的处(填“A"、“B”、“C"或“D")（3）若R2=48.4Ω，900s内电热丝工作Pt图如下所示。(后300s电流通断时间比为1：5)，则这段时间内电热丝用于把水煮沸所消耗的电能。（4）若要把恒温的温度从60℃降到45℃，应如何调节：(写出一点即可)13．（2023九上·宁海期末）如图所示为某品牌纯电动出租车。该车提供能量的装置为三元锂电池组，当它给电动机供电时，电动机将驱动车轮行驶。电池容量为66kW•h，可以续航400km。（1）当给纯电动出租车充电时，三元锂电池组相当于（选填“用电器”或“电源”）。（2）司机使用新能源出租车充电桩的60kW快充将电量由30%充至90%，需要多少时间？（充电时无能量损耗）（3）若该车和车内乘客的总质量为2.0×103kg，当该车在水平路面上以25m/s的速度匀速行驶时，它受到阻力约等于人和车总重的0.02倍，则该车的机械功率是多少？此时电池组加在电动机两端的电压为340V，通过电动机的电流为50A。若连接导线的电阻不计，传动装置消耗的能量不计，则该电动出租车将电能转化为机械能的效率是多少？（结果保留到0.1%）14．如图所示是现代化港口的一种新型吊运设备的简化模型示意图，图中虚线框里是滑轮组（未画出），滑轮组绳子的自由端由电动机拉动。用该吊运设备先后搬运水平地面上的长方体形集装箱A和B。A和B的底面积、高度、密度大小关系如表所示。集装箱AB底面积SSA＝S0SB＝2S0高度hhA＝3h0hB＝2h0密度ρρA＝2ρ0ρB＝ρ0集装箱A在地面上静止，当受到滑轮组挂钩竖直向上的拉力为1500N时，地面对A的支持力为N1；集装箱B在地面上静止，当受到滑轮组挂钩竖直向上的拉力为2000N时，地面对B的支持力为N2。已知N1＝3N2。在吊运集装箱A的过程中，当绳子自由端拉力为1125N时，集装箱A匀速竖直上升，绳子自由端拉力的功率为2250W，滑轮组的机械效率为80%；在吊运集装箱B的过程中，集装箱B匀速竖直上升了8m。不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦。求：（1）集装箱A和B的重GA和GB；（2）集装箱A匀速竖直上升的速度；（3）集装箱B匀速竖直上升8m的过程中，绳子自由端拉力做的功。15．如图为小明设计的可调温即热饮水机的部分结构示意图。该饮水机由供水箱、煮水箱和冷水箱三部分组成，调节电热丝片的阻值可设定所需水温。取水时，闭合开关S并设定好水温，阀门K打开，供水箱将50毫升水按不同比例分别注入煮水箱和冷水箱中（如表）。7秒后，电热丝R1、R2将煮水箱中的水加热至100℃，此时，K1、K2打开，即可从出水口获得相应温度的水。已知供水箱中水的温度恒为25℃，电源电压为220伏，电热丝R2的阻值为16.8欧。设定水温/℃40557085100煮水箱中水的体积/毫升1020304050冷水箱中水的体积/毫升403020100（1）即热饮水机是利用什么原理使水温升高的。（2）若加热过程中的能量转化效率为90%，设定取水温度为40℃，则需调节电热丝R1的阻值为多少欧？（c水＝4.2×103J/（kg•℃））（3）为了方便取水，小明在电热丝的不同位置上标定了不同的温度，结果如图所示。若小明调整取水量为25毫升，即供水箱仅将25毫升水按不同比例分别注入煮水箱和冷水箱中。请在图乙中用箭头重新标定取水温度为85℃的大致位置并简要说明理由？16．如图甲所示，是某研究小组设计的一套测量物体重力的模拟装置，OAB为水平杠杆，OB长1m，O为支点，OA：AB=1：4，电源电压保持不变，电流表的量程为0～0.6A，定值电阻R0的阻值为10Ω，压力传感器R固定放置，R的阻值随其所受压力F变化的关系如图乙所示。当平板空载时，闭合开关S，电流表的示数为0.2A。(平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计)求：（1）电源电压V。（2）当电流表示数为0.4A时，物体的重力是多少？（3）在电路安全的情况下，缓慢增加平板上的物体的重力过程中，当电路消耗功率达最大值时，压力传感器R消耗的功率是多少？17．如图所示是兴趣小组制作的蓄水池水位报警模拟装置，浮子由铜片E、空心杆F和木块Q构成。在低水位时，触点C、D位于E的正上方h0处，Q的下表面距池底的高度为h。当水位上升到使E与C、D接触后，蜂鸣器R发出强弱交替的报警音(蜂鸣器R两端电压越大，其报警音越强)。电源电压U=6V，定值电阻R0=3Ω，R可视为9Ω的定值电阻，不计其它电阻。（1）分析可知，当衔铁与触点(选填“A”或“B")接触时，蜂鸣器发出强报警音。（2）在被释放和吸下的过程中，衔铁与A.B的接触时间分别为0.5s和1.5s，不考虑衔铁在A，B之间切换的时间。在未解除警报的情况下，求报警1min内电路所消耗的电能。（3）Q为边长10cm的正方体，密度为0.5×103kg/m3，h0=12cm，h=20cm。不计E、F的质量及F与支架间的摩擦，求刚开始报警时水面距池底的高度H。18．（2022·温州模拟）图甲所示为一种水下滑翔机，图乙是其部分结构示意图。该滑翔机通过液压泵将油在内、外油囊间来回转移，从而改变浮力大小以达到上浮和下潜的目的，再结合其它技术即可滑行，以执行海洋环境的监测任务。​（1）该滑翔机具有低能耗、高续航的特点，电池一次充电后能提供1千瓦时电能。它在整个运动过程中前进速度保持0.2米/秒，但只有9％的时间耗电，耗电时功率仅为4瓦。该滑翔机充电一次总共能航行的路程为多少千米？3。已知海水密度随深度变化情况如图丙所示。当该滑翔机在600米深度悬浮时，外油囊中油的体积为多少米3。（忽略海水压强对油和滑翔机外壳体积的影响）19．综合实践活动中，同学们设计了一款可用电流表示数显示拉力大小的测力计模型(如图甲所示)，并且电流表示数随拉力的增大而增大。ab为长10cm、阻值25Ω的电阻丝，电源电压恒为6V，弹簧电阻恒为1Ω，R0为4Ω，其余部分电阻不计，电流表量程为0~0.6A。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦。求：（1）虛线框里面接线柱“1”应与接线柱相连(选填“2”或“3")（2）闭合开关，弹簧处于原长状态时刚好对准a处，R0消耗的功率多大？（3）图甲中若去掉电流表，用一只电压表(量程0~3V)与R0并联，利用电压表的示数来显示拉力的大小，则与利用电流表相比，电压表所能显示的最大拉力将提升多少N？（4）在汇报交流阶段，同学们对模型设计的不足提出了改进措施。如图甲的方案，从电路的安全性考虑，其他条件不变，R0的阻值应不小于多少Ω？20．为了参加全国青少年创新大赛，小金运用所学电学知识设计了电子身高测量仪如图所示。其中定值电阻R1＝5Ω，电源电压恒为4.5V，R2的规格为“15Ω1A”。（1）当变阻器R2接入电路的阻值是4Ω时，此时电路的总功率是多大？（2）已知滑动变阻器上下两个端点a、b离地面高度分别为2.5m、1m，当电压表示数为2.25V时，则所测身高是多少米？（3）身高测量仪的身高指示计是由电压表改装而成，其表盘刻度（选填“均匀”或“不均匀”），理由是。21．（2022九下·舟山月考）某工厂车间的一台机器在工作时会排放一定量的废水和废气，需要安装排气装置，以保证空气中废气含量不超标。小明设计如图甲所示电路实现：机器不工作时，小功率排气扇工作；机器工作一段时间后，大功率排气扇工作，OA是一根可以绕O点转动的轻质杠杆，B处通过细杆b与力敏电阻Rx接触，A处通过细杆a与物体M连接，物体M重为3牛，OB：OA=1：2，衔铁可以绕D点转动，废水较少时，衔铁受弹簧的支撑作用，其右触点恰好与触点T1接触，M1工作；当Rx受压力为12牛时，电磁铁恰好吸引衔铁，使右触点与触点T2接触，M2工作。排气扇的规格为：M1（220伏，60瓦），M2（220伏，120瓦）。机器运行时，产生的废水以0.1千克/分钟的速度排入废水箱，物体M受到的浮力（F浮）与废水质量（m）关系如图乙、（图中部分固定装置未画出）（1）当物体M被废水浸没时，M受到的浮力是牛。（2）工人进入车间后，先闭合开关S2，使小功率排气扇先工作一段时间。启动机器时，同时闭合开关S1。请计算废水箱中的废水质量积累至2千克的过程中，排气扇消耗的电能。（3）为了让大功率排气扇提早启动，小明采取移动细杆b的做法，请指出细杆b的移动方向，并说明理由：。22．（2022九上·丽水期末）近年来，我市山区香菇基地涌现了许多“光伏工程”项目，所发的电除了供香菇基地使用外，多余的电并入国家电网创收。如图是某香菇基地棚项总功率为300千瓦的光伏发电系统。若该基地每天有效光照时间6小时、耗电800千瓦时。请回答：（1）该基地每天总发电量千瓦时；（2）将该基地每天多余的电供给附近村庄路灯，若每盏路灯的电阻为484欧，额定电压为220伏，那么该基地每天多余电可供多少盏路灯正常工作10小时？（3）若该基地所发的电由热电转化率为30%的燃煤电厂来完成发电，每个月按30天计，则每月需燃烧多少吨煤？(煤的热值q=3.0×107焦/千克)23．（2021九上·温州期末）小明受电流表上的大、小量程启发，设计了一个双量程的电子天平，如图甲所示。其表盘由电流表改装，表上标有两个量程，小量程m1和大量程m2，OAB是一个水平轻质杠杆，O为支点，OB为10厘米，电源电压U恒为9伏，报警器的电阻R0为10欧姆，力敏电阻R的阻值与所受压力F变化的关系如图乙所示。项目一：标制电子天平的小量程0~m1（1）标0刻度：让图中OA=1厘米，忽略压杆、托盘和杠杆的质量及压杆的大小，闭合开关S，托盘空载时，电流表读数为安，此时指针指向电子天平的0刻度。（2）标最大值m1：闭合开关，向托盘中不断放入被测物，当报警器的功率达到3.6瓦时报警，此时电子天平读数设为最大值m1，计算出m1。（写出计算过程）（3）项目二：基于小量程设计大量程若要使电子天平的大量程m2和小量程m1之间的刻度值比例恒为5，从小量程转换到大量程，需对图甲中工作原理图做相应的调整，小明初步有以下几种设想：①调整杠杆上A的位置；②调整杠杆上B的位置；③改变电源电压的大小；④改变R0的阻值。请选择一种你认为可行的设想，说出具体的调整办法。24．（2021九