专题24 力电综合计算题对策（教师版含解析）

专题24力电综合计算题对策中考典型例题解析【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150kg，底面积为80cm2，定值电阻R1＝10Ω，R2是一根长为6cm的均匀电阻线(阻值与其长度成正比)，标有“30Ω0.5A”字样。电源电压为6V，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0.4A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·OB80N·OA＝FB1·OBFA2·OA＝FB2·OB100N·OA＝FB2·OB由题意可知OA∶AB=1∶4OA∶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==0.3AI2==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′＝2.5Ω②其它条件不变，只向左调节A触点Lcm，压力传感器阻值为R3U1=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＝3cm2.(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，ab是一根长5cm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=eq\f(W,t)=eq\f(Fh,t)=F×eq\f(vt,t)=Fv，且匀速向上提升重物时：F=G=mg=50kg×10N／kg=500N，所以：v=eq\f(P有用,F)=eq\f(450W,500N)=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)压力/N050100150200250300350400电阻/Ω550395275170906040255(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