专题8　物理解答题（解析版）

专题8物理解答题【命题重点】物理解答题在中考试卷中主要有两种类型:力学综合计算题和电学综合计算题。力学计算中往往涉及速度、压强、浮力、功和功率、简单机械的运用等。电学计算往往涉及电压、电流、电阻、电功和电功率等的计算。【方法要点】计算题的一般解答步骤:①认真审题,明确现象与过程,明确给出的条件并挖掘题中的隐含条件。②确定答题的方向,弄清在考什么知识点,选择合适的规律与公式。③列出表达式,注意适用条件和量的一一对应。④代入数据求解,注意单位统一。【例题精析】类型1力学综合计算题如图所示，甲是半径为R＝0.5米的光滑的14半圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将重为G＝100N的物体从斜面顶端由静止释放，测出在水平面上滑行距离为s1＝1m处停下来。图乙是一个粗糙的半径为R＝0.5m的14半圆弧槽与和甲中同样粗糙的水平面相连接，将甲中的物体也从乙斜槽顶端由静止释放，测出在水平面上滑行距离为s（1）乙中重力对物体做的功；（2）乙中物体在水平面上的摩擦力f为多少？（3）乙中物体在粗糙的14【解答】解：（1）乙中，物体下降的高度h＝R，重力对物体做的功：W＝Gh＝GR＝100N×0.5m＝50J；（2）甲中物体在水平面上克服摩擦做的功等于物体沿光滑的14GR＝fs1，则乙中物体在水平面上的摩擦力：f=GR（3）由题可知，GR＝W′+fs2，所以，乙中物体在粗糙的14W′＝GR﹣fs2＝50J﹣50N×0.8m＝10J。答：（1）乙中重力对物体做的功是50J；（2）乙中物体在水平面上的摩擦力为50N；（3）乙中物体在粗糙的14东京奥运会61公斤级举重比赛中，冠军获得者李发彬在完成挺举166公斤时，由于重心不稳，做出了金鸡独立的高难度动作，轰动了全世界。已知比赛时李发彬体重为60公斤，每只举重专用鞋鞋底面积约为200cm2，挺举时他用了10s时间将杠铃举高了2m并保持静止，如图所示。请回答：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉的目的是增大摩擦力。（2）杠铃的重力为多少？（3）李发彬将杠铃举高的功率是多少？（4）金鸡独立时，李发彬对地面的压强有多大？【解答】解：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉，增大手和杠铃的接粗面粗糙程度，增大摩擦力；（2）杠铃的重力G杠＝m杠g＝166kg×10N/kg＝1660N；（3）李发彬将杠铃举高的功W＝G杠h＝1660N×2m＝3320J，李发彬将杠铃举高的功率P=W（4）李发彬对地面的压力F＝G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N，接触面积为200cm2＝2×10﹣2m2，李发彬对地面的压强p=FS=答：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉的目的是增大摩擦力。（2）杠铃的重力为1660N；（3）李发彬将杠铃举高的功率是332W；（4）金鸡独立时，李发彬对地面的压强是3×104Pa。如图甲所示，用钢丝绳将一个实心圆柱形混凝土构件从河里以0.05m/s的速度竖直向上匀速提起，图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图像，整个提起过程用时100s，已知河水密度为1.0×103kg/m3，混凝土的密度为2.8×103kg/m3，钢铁的密度为7.9×103kg/m3，g取10N/kg，不计河水的阻力，试求：（1）0～60s内钢丝拉力所做的功为多少？（2）实心混凝土构件的体积为多少？（3）通过计算说明，此构件为纯混凝土还是混凝土中带有钢铁骨架？【解答】解：（1）前60s上升高度h＝s＝vt＝0.05m/s×60s＝3m；拉力F做的功W＝F1s＝825N×3m＝2475J；（2）由图知t＝60s前拉力F1＝825N，因构件从河中匀速提起，此时有F浮+F1＝G，t＝80s后拉力F2＝1200N，此时有F2＝G，所以，F浮＝F2﹣F1＝1200N﹣825N＝375N；由F浮＝ρ水gV排得构件的体积V排=F浮ρ（3）因构件完全浸没，则V＝V排＝0.0375m3；又重力G＝1200N，根据G＝mg＝ρgV可得：构件的密度ρ件=mV=GVg=1200N0.0375所以此构件是混凝土中带有钢铁骨架。答：（1）0～60s内钢丝拉力所做的功为2475J；（2）实心混凝土构件的体积为0.0375m3；（3）通过计算说明，此构件为混凝土中带有钢铁骨架。为了控制疫情，全国很多地方实行疫区封闭管理，并使用无人机进行常态化安全巡查。如图甲所示，是正在巡查∁的无人机。无人机起飞前，放在地面上时要确保“四脚”着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的部分参数如表。求：机身质量/kg2.4四脚着地总面积/cm210电池充满后储存电能/J36000最大水平速度/（m•s﹣1）5机身尺寸/mm400×300×200最大上升速度/（m•s﹣1）1（1）使无人机上升的力其施力物体是③。①无人机②螺旋桨③空气④地面（2）如图乙，交警正在使用此款无人机进行扫码进城登记，当无人机载着600g含二维码的海报上升10m的过程中，无人机克服重力所做的功？（3）无人机充满电后在水平方向上以最大速度匀速飞行时一次可飞行5km，且电能转化为机械能的效率为60%，求无人机以最大水平速度沿水平方向匀速飞行过程中受到的推力F。【解答】解：（1）当无人机的电机带动螺旋桨转动时，对下方空气施加向下的作用力，根据物体间力的作用是相互的，空气对它施加向上的反作用力，所以使无人机上升的力其施力物体是空气，故③正确；（2）无人机载物后的总质量m＝2.4kg+0.6kg＝3kg，总重力：G＝mg＝3kg×10N/kg＝30N，上升10m的过程中，无人机克服重力做的功：W＝Gh＝30N×10m＝300J；（3）由η=WW＝ηW电＝60%×36000J＝21600J，由W＝Fs得水平推力：F=W故答案为：（1）③；（2）无人机克服重力所做的功为300J；（3）无人机以最大水平速度沿水平方向匀速飞行过程中受到的推力为4.32N。如甲图所示，长2m的轻质杠杆AB可绕O点无摩擦转动，支点O在杠杆AB的中点。将边长为20cm的均匀实心正方体甲用细绳系于杠杆的C处，并放在水平放置的力传感器上，甲物体与力传感器固定在一起。乙物体悬挂在D点，OC＝OD＝0.5m。将乙物体在OB间移动过程中，力传感器示数F与乙物体悬挂处距支点的水平距离x的图像如图乙所示。杠杆始终水平平衡，细绳始终伸直，不计细绳重且细绳不可伸长。求：（1）甲物体的质量；（2）乙物体悬挂在D点时，甲物体对力传感器的压强；（3）乙物体悬挂在D点时，若沿竖直方向将甲的左右两边各切去厚度为a2【解答】解：（1）由图乙可知，当x为0时，力传感器受到的压力为80N，由图甲可知，乙物体悬挂处在支点上，力臂为0，则由杠杆平衡条件：F乙×0＝F甲1×0.5m，可知，此时杠杆在C点受到的竖直向下的拉力F甲1＝0，即C点下面的绳子没有拉力，甲物体的重力G甲等于力传感器受到的压力80N，则甲物体的质量为：m甲（2）由图乙可知，当x为0.8m时，力传感器受到的压力为0，则此时杠杆在C点受到的竖直向下的拉力F甲2＝80N，则由杠杆平衡条件：F乙×0.8m＝F甲2×0.5m，可知，乙物体悬挂处对杠杆的拉力F乙＝50N；当乙物体挂在D处时，由杠杆平衡条件：F乙×0.5m＝F甲3×0.5m，可知，此时杠杆在C点受到的竖直向下的拉力F甲3＝50N，则力传感器受到的压力为：80N﹣50N＝30N，又由题干可知，受力面积为：S＝（20cm）2＝400cm2＝0.04m2则力传感器受到的压强为：p=F（3）由“乙物体悬挂在D点时，若沿竖直方向将甲的左右两边各切去厚度为a2G甲杠杆在C点受到的拉力为：F甲4＝G甲′﹣12N＝（68﹣4a）N，此时乙物体悬挂处对杠杆的力的力臂为（50﹣a）cm，则由杠杆平衡条件：F乙即50×（50﹣a）＝（68﹣4a）×50，可得a的值为6cm；由图乙可知，力传感器受到甲的压力或者拉力时，力传感器都有示数；则本小题还有一种情况，即杠杆在C点受到的拉力为：F甲4′＝G甲′+12N＝（92﹣4a）N，同理，由杠杆平衡条件：F乙即50×（50﹣a）＝（92﹣4a）×50，可得a的另一个值为14cm。答：（1）甲物体的质量为8kg；（2）乙物体悬挂在D点时，甲物体对力传感器的压强为750Pa；（3）a的值为6cm或者14cm。类型2电学综合计算题物理兴趣小组设计了一个便携式水深测量仪。它主要是由探头A和控制盒B构成，它们之间用有绝缘皮的细导线相连形成回路，如图甲所示。其中探头A是一个底面积为10cm2、高5cm、重2.5N的圆柱体，探头A的底部为压敏电阻R（R与水接触的表面涂有绝缘漆），工作时底部始终与水平面相平，压敏电阻R随表面压力大小的变化如图乙所示。A和B间的电路连接关系如图丙所示，其中电源电压恒为3V，电流表盘改装成深度表（导线的重力与体积均不计）。兴趣小组的同学将探头A缓慢放入水中，求：（1）探头A刚好全部浸入水中时，R底部受到水的压强是多少Pa？（2）探头A全部浸入水中时，导线对探头A的拉力是多少N？（3）将探头投入看似不深的水平池底，静止时（R与池底未紧密结合）导线已松弛，电流表示数是0.4A，则表盘0.4A处应该标水的深度值为多少m？【解答】解：（1）探头A刚好全部浸入水中时，R底部的深度：h＝5cm＝0.05m，R底部受到水的压强：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m＝500Pa；（2）探头A全部浸入水中时，排开水的体积：V排＝V＝Sh＝10cm2×5cm＝50cm3＝5×10﹣5m3，受到的浮力：F浮＝ρgV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣5m3＝0.5N，探头A处于平衡状态，由F浮＝G﹣F′可得，导线对探头A的拉力：F′＝G﹣F浮＝2.5N﹣0.5N＝2N；（3）由图丙可知，电路为压敏电阻R的简单电路，电流表测电路中的电流，当电流表示数是0.4A时，由I=UR=UI=由图乙可知，压敏电阻R表面受到的压力F＝75N，探头A受到池底的支持力：F支持＝G﹣F浮＝2.5N﹣0.5N＝2N，水对A底部的压力：F水压＝F﹣F支持＝75N﹣2N＝73N，则压敏电阻受到水的压强：p′=FS=水的深度：h′=p所以，表盘0.4A处应该标水的深度值为7.3m。答：（1）探头A刚好全部浸入水中时，R底部受到水的压强是500Pa；（2）探头A全部浸入水中时，导线对探头A的拉力是2N；（3）表盘0.4A处应该标水的深度值为7.3m。某学习小组，制作了一个探究“滑动摩擦力与压力大小关系”的实验装置，如图甲所示。绝缘的轻质木板，压在硬性轻质且光滑的金属滑片上，木板和金属滑片均水平放置且足够长，电路开关闭合时，可通过改装后的电流表读出滑片所受压力F的大小。重为5.5N的铁块通过细线绕过定滑轮（不计绳重和摩擦），与重为0.5N的空桶相连，将铁块放在水平木板上时，滑片恰好在滑动变阻器R2底端，电阻不计的弹簧被压缩，此时电路的总功率P＝0.6W，R1的功率记为P1。实验装置通过向桶中加入细沙，改变铁块对木板的压力；水平向左推动木板时，铁块始终保持静止，通过始终在水平方向的拉力传感器（位置可随铁块一起相对地面上下调节）的示数，可得出木板与铁块之间摩擦力的大小。电路中，电源电压恒为3V，R2阻值分布均匀（阻值与长度成正比）。弹簧长度变化量与压力的关系如图乙所示。小组实验后，得到压力F压和拉力传感器示数F的数据如表丙所示。F压/N012345F/N00.250.50.7511.25（1）若铁块的底面积为20cm2，当F＝1N时，铁块对木板的压强为多少？（2）学习小组应当将电流表的哪个刻度改为压力5N？（3）若压力为0时，滑片恰好在R2的顶端，此时R1的功率记为P2，且P1：P2＝1：9当电流表的示数为0.5A时，向桶中加入细沙的重力为多少？【解答】解：（1）由表格可知当F＝1N时，木板受到的压力F压＝4N，铁块对木板的压强：p=F（2）重为5.5N的铁块通过细线绕过定滑轮（不计绳重和摩擦），与重为0.5N的空桶相连，将铁块放在水平木板上时，滑片恰好在滑动变阻器R2底端，此时铁块受到的压力：F压1＝G铁块﹣G桶＝5.5N﹣0.5N＝5N，此时定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路，电路的总功率P＝0.6W，通过电路的电流：I=P所以应当将电流表0.2A的刻度改为压力5N；（3）定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路时，R1的功率记为P1，则P1＝I2R1＝（0.2A）2×R1，压力为0时，滑片恰好在R2的顶端，此时电路为定值电阻的简单电路，此时R1的功率记为P2，则P2=U已知P1：P2＝1：9，即I2R1U2当电流表的示数为0.5A时，根据欧姆定律可得此时电路总电阻：R′=UI'=串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则滑动变阻器接入电路的阻值：R2＝R′﹣R1＝6Ω﹣5Ω＝1Ω，定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路时，电路总电阻：R=UI=滑动变阻器的最大阻值：R2＝R﹣R1＝15Ω﹣5Ω＝10Ω，由图乙可知弹簧的最大伸长量为5cm，弹簧受到的最大压力为5N，所以滑动变阻器的长度为5cm，当电流表的示数为0.5A时，铁块受到的压力F压′=10Ω−1Ω10Ω×空桶和沙子的总重力：G＝G铁块﹣F压′＝5.5N﹣4.5N＝1N，向桶中加入细沙的重力为：G沙子＝G﹣G桶＝1N﹣0.5N＝0.5N。答：（1）若铁块的底面积为20cm2，当F＝1N时，铁块对木板的压强为2000Pa；（2）学习小组应当将电流表0.2A的刻度改为压力5N；（3）当电流表的示数为0.5A时，向桶中加入细沙的重力为0.5N。小强的爸爸在国外买了一台家用智能电热马桶盖（如图甲），小强从此立志学好物理，长大后创新设计推进“中国造”．图乙是小强设计的便座加热电路，R1和R2是两个定值电阻（表示两个电热丝），单刀双掷开关S2可接a或b，该电路通过开关S1和S2的不同接法组合，实现“高温挡、中温挡、低温挡”三种加热功能。已知智能电热马桶盖低温挡功率P1＝22W，中温挡功率为P2＝44W。求（1）低温挡工作时，电路中的电流；（2）R1和R2的阻值；（3）求高温挡功率P3。【解答】解：由电路图可知，开关S1断开、S2接a时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，由P=U开关S1闭合、S2接b时，R1、R2并联，电路的总电阻最小，由P=U当S2接a端时，且闭合S1，只有R1接入电路，此时为中温挡，（1）低温挡工作时，由P＝UI得，电路中的电流：I1=P（2）当S1闭合、S2在a时，为中温挡，由P=UR1=U2P当S1断开、S2在a时，为低温挡，，由P=UR总=U2P根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知：R2＝R总﹣R1＝2200Ω﹣1100Ω＝1100Ω；（3）当S1闭合S2在b时，为高温挡：则：P3=U答：（1）低温挡工作时，电路中的电流为0.1A；（2）R1和R2的阻值都是1100Ω；（3）高温挡功率P3为88W。空气炸锅，因其烹制食物脂防含量低，美味酥脆，无油烟味，深受广大市民青睐。如图甲所示为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻，内部电路可简化为如图乙所示电路。已知额定电压为220V，发热挡位有高、中、低三挡：低温挡功率P低为193.6W，中温挡功率P中为242W。当开关S2接a，开关S1断开时为低温挡，闭合时为中温挡。某次用此空气炸锅高温挡加工薯条200g用时2min，若原料薯条温度为20℃，炸熟温度至少需要达到170℃，薯条的比热容c薯条＝3.63×103J/（kg•℃），求：（1）薯条吸收的热量；（2）R1的阻值；（3）空气炸锅高温挡的功率P高。【解答】解：（1）依据题意可知薯条炸熟需吸收的热量根据Q吸＝c薯条mΔt＝3.63×103J/（kg•℃）×0.200kg×（170℃﹣20℃）＝1.089×105J；（2）当S1闭合，S2接a时，R1短路，只有电阻R2，此时对应中温挡；则有P中=U2R2可求得R2当S1断开，S2接a时，电阻R1、R2串联，电阻最大，则电功率最小，对应的是低温挡；由P低=U2R1+R2可得R1+R2=U2P低=(220V)2193.6W=（3）当开关S1闭合、S2与b连接时电路中的电阻R1、R2并联，则R并=R1R2R1答：（1）薯条吸收的热量为1.089×105J；（2）R1的阻值为50Ω；（3）空气炸锅高温挡的功率P高为1210W。某家用速热式电热水器的铭牌标明，加热功率4400W，保温功率100W，水箱容积25L；其内部结构如图所示，R1、R2是水箱中加热盘内的电热丝，水箱放满水后闭合开关S1开始加热，当水温升高到40℃时，温控开关S2自动切换到保温状态。（1）R1的阻值是多少？（2）如果热水器每天平均保温20h，则这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能是多少？（3）当电热水器正常工作时，加热110s，可使一整箱水温度由20℃上升到24℃，则该电热水器的效率是多少？[ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），不考虑温度对电阻的影响]【解答】解：（1）由P=U2R知，当开关S2接a时，热水器出于保温挡，则电路的总功率为Ra＝R1+R2=当开关S2接b时，热水器出于加热档，则电路的总功率为Rb＝R2=U2P所以，R1的阻值为：R1＝Ra﹣Rb＝484Ω﹣11Ω＝473Ω；（2）热水器每天保温20h，热水器消耗的电能为：W＝P保温t＝100W×20×60×60s＝7.2×106J；（3）水箱容积为25L，由密度公式得，水箱装满水时，水的质量为：m水＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×25×10﹣3m3＝25kg，一整箱水温度由20℃上升到24℃时，水吸收的热量为：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×25kg×（24℃﹣20℃）＝4.2×105J，热水器加热用时110s，则热水器消耗的电能为W′＝P加热t′＝4400W×110s＝4.84×105J，该电热水器的效率为：η=Q答：（1）R1的阻值为473Ω；（2）热水器每天保温20h，热水器消耗的电能为7.2×106J；（3）电热水器的效率约为86.8%。【针对训练】1．如图是苹果自动筛选装置。原理是：传送带上苹果经过压力检测点时，使压敏电阻R的阻值发生变化，AB间的电压也随之发生改变，当质量小于一定值的苹果经过压力监测点，使R0两端电压小于5V时，机械装置启动，将质量不达标的苹果推出传送带，实现自动筛选。已知电源电压恒为15V，R0＝30Ω，压敏电阻R的阻值随压力F的变化关系如表所示：压力F/N012345阻值R/Ω1208060454038（1）当检测点上没有苹果时，1min内整个电路消耗的总功率；（2）当检测点上没有苹果时，1min内电阻R0消耗的电能；（3）该筛选装置可将重为多少牛以下的苹果推出传送带？【解答】解：（1）由表中数据可知当检测点上没有苹果时，压敏电阻的阻值为120Ω，串联电路总电阻等于各部分电阻之和，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可得此时通过电路的电流：I=U1min内整个电路消耗的总功率：P＝UI＝15V×0.1A＝1.5W；（2）当检测点上没有苹果时，R0两端的电压U0＝IR0＝0.1A×30Ω＝3V，则1min内电阻R0消耗的电能：W＝UIt＝3V×0.1A×60s＝18J；（3）当R0两端电压U0＝5V时，由欧姆定律可得此时电路中的电流：I′=U串联电路中总电压等于各分电压之和，则R两端的电压：UR＝U﹣U0＝15V﹣5V＝10V，此时压敏电阻的阻值：R′=URI'由表格数据可知，此时压敏电阻受到的压力为2N，该筛选装置可将重为2N以下的苹果推出传送带。答：（1）当检测点上没有苹果时，1min内整个电路消耗的总功率为1.5W；（2）当检测点上没有苹果时，1min内电阻R0消耗的电能为18J；（3）该筛选装置可将重为2N以下的苹果推出传送带。2．小明设计了如图所示的实验装置，通过电流表的示数来探究不同物体在木板上所受摩擦力的大小。将物体放置在水平的长木板上，导电性能良好的弹簧右端与物体及滑动变阻器R1滑片P相连（不计滑片与滑动变阻器线圈间的摩擦）滑动变阻器长18cm，其阻值随长度均匀变化；弹簧处于原长时，指针正好指在a端。探究过程中，滑片P始终在a、b间，弹簧的左端固定在墙壁上。R0＝5Ω，电源电压为3V。问：（1）用F1＝10N的力向右拉动长木板，当指针P稳定时，指在变阻器离b端15cm处，此时物体A受到的摩擦力为9N，电流表的示数为0.1A，求变阻器R1的最大电阻。（2）将物体B放在长木板上，用F2＝20N的力向右拉动长木板，当指针P稳定时，指在变阻器离b端13cm处，B物体所受的摩擦力是多少？【解答】解：（1）由图可知，R1与R0串联，电流表测电路中的电流，用F1＝10N的力向右拉动长木板，当指针P稳定时，指在变阻器离b端15cm处，电路中的电流I＝0.1A，由I=UR总=UI=R1接入电路中的电阻：Rb＝R总﹣R0＝30Ω﹣5Ω＝25Ω，因滑动变阻器总长18cm，其阻值随长度均匀变化，所以，变阻器R1的最大电阻：R1=25Ω15cm×（2）设弹力大小与形变量的比值为k，则F＝kΔx，用F1＝10N的力向右拉动长木板，当指针P稳定时，指在变阻器离b端15cm处，Δx1＝18cm﹣15cm＝3cm，用F2＝20N的力向右拉动长木板，当指针P稳定时，指在变阻器离b端13cm处，Δx2＝18cm﹣13cm＝5cm，因物块稳定后静止处于平衡状态，受到的摩擦力和拉力是一对平衡力，所以，物体受到的摩擦力f＝F，则：f1Δx解得：f2＝15N。答：（1）变阻器R1的最大电阻为30Ω；（2）B物体所受的摩擦力是15N。3．如图甲所示，薄壁圆柱形容器放在水平台上，容器的底面积S容＝100cm2，质量均匀的圆柱体物块上表面中央用足够长的细绳系住，悬挂于容器中。以恒定速度向容器中缓慢注入水（每分钟注入100g），直至注满容器为止，细绳的拉力大小与注入水时间的关系图像如图乙所示。ρ水＝1g/cm3，g＝10N/kg，物块不吸水，忽略细绳体积、液体扰动等其它次要因素。求：（1）注入水前圆柱体物块的下表面到容器底部的距离L1。（2）物块的体积。（3）当细绳的拉力为0.9N时，水对物块下表面的压强。【解答】解：（1）每分钟注入100g水，分析图象可知，第4min时，水面刚好接触物块下底面，注水质量为400g，则水的体积为：V1=m水ρ水的深度为：L1=V（2）物块的重力等于开始时的拉力，即：G物＝2.4N，则m物=G第7min时水面刚好与物块的上表面相平，则F浮＝G物﹣F＝2.4N﹣0.4N＝2N，根据阿基米德原理可知：物体的体积为：V物＝V排=F浮ρ水g=2N（3）从第4min到第7min注水质量为300g，根据密度公式可知注水体积V2=m水ρ细绳拉力不为零，说明细绳一直处于拉直状态，物块位置没有移动，V物+V2＝S容h物，代入数据得：h物＝5cm；则：S物=V物ℎ物=200cm当细绳拉力为0.9N时，F浮＝G物﹣F＝1.5N，即为水对物块底面的压力F压；则水对物块下表面的压强为：p=F答：（1）注水前圆柱体物块的下表面到容器底部的距离L1为4cm；（2）物体的体积为200cm3；（3）当细绳的拉力为0.9N时，水对物块下表面的压强为375Pa。4．如图所示为某小区道闸的结构原理，质量8kg、长4m的长直杆AB通过P、Q两点，固定在半径为15cm的圆盘C上，圆盘C能够绕O点自由转动，通过P点带动直杆转动。O点距A端为20cm，OP为圆盘直径，圆盘C与电动机M用齿轮连接。电动机M的齿轮盘顺时针转动时，长直杆AB随圆盘C逆时针转动。（g取10N/kg）（1）求杆AB水平静止时，电动机齿轮对圆盘C齿轮的力；（2）若不计摩擦，电动机的平均输出功率为72W，求道闸直杆从水平转到竖直位置完全打开需要的时间；（AB垂直地面、不计能量损失）（3）道闸匀速抬高，圆盘C齿轮受力怎么变？【解答】解：（1）杠杆自重提供阻力：G＝mg＝8kg×10N/kg＝80N；由杠杆平衡公式可知：F1L1＝GL2；作用在杠杆的动力：F1＝L2L1×G＝1.8m0.15m×80N＝960N；（2）不计摩擦，即额外功为零，此时电动机克服杠杆自重做的有用功等于消耗电能的总功。此时杠杆重心被提高：h＝1.8m。即：W总＝W有；Pt＝Gh.转动时间t＝GhP＝80N×1.8m72W＝2s；（3）由杠杆平衡条件可知：F1L1＝GL2，其中G不变，L1不变，则F1与L2的变化有关成正比。当杠杆抬高时，杠杆自重的力臂L2不断减小，所以圆盘C齿轮受力F1不断变小。答：（1）杆AB水平静止时，电动机齿轮对圆盘C齿轮的力为960N；（2）道闸直杆从水平转到竖直位置完全打开需要的时间2s；（3）道闸匀速抬高，圆盘C齿轮受力不断变小。5．如图甲所示，铅笔和羊角锤用一根细绳连接恰好能在桌子边缘静止，每次摆动羊角锤，最后都能静止如图甲，此时只有笔尖跟桌面接触，并且铅笔恰好水平。分析时可以把铅笔、羊角锤和绳子组成的整体看成一个杠杆，示意图（忽略了粗细）如图乙。假设锤头重力集中在D点，木柄重力集中在AD中点H处，F点在木柄上且处于O点正下方。羊角锤锤头质量m1＝0.6kg，木柄质量m2＝0.4kg，铅笔和细绳质量不计。测得OB＝15cm，AD＝30cm。求：（1）O点处的笔尖受到的支持力。（2）FD的长度。【解答】解：（1）羊角锤锤头质量：m1＝0.6kg，木柄质量：m2＝0.4kg，因铅笔和细绳质量不计，故整个装置的重力：G＝mg＝（m1+m2）g＝（0.6kg+0.4kg）×9.8N/kg＝9.8N；笔对O点的压力大小：F压＝G＝9.8N，根据力的相互性，O点处的笔尖受到的支持力为：F′＝F＝9.8N；（2）方法一：杠杆的示意图如下图所示，O为支点，阻力：G2＝m2g，由数学知识，阻力臂：L2＝OR＝HF×cos∠FHS，动力：G1＝m1g﹣﹣﹣﹣③，动力臂：L1＝OT＝FD×cos∠FHS，根据杠杆的平衡条件G1×L1＝G2×L2；而HF＝（AD2故m1g×FD×cos∠FHS＝m2g×（AD2−FD）×cos∠FHS＝m2g×（故FD=m2m方法二：根据杠杆平衡条件得：F1L1＝F2L2，F1则FHFD解得：FD＝6cm。答：（1）O点处的笔尖受到的支持力为9.8N。（2）FD的长度为6cm。6．图甲是某款电熨斗，图乙是其电路原理图。R1、R2为发热体。其铭牌如下表所示，通过开关S实现温度控制，S闭合时为高温挡。（1）求R1的阻值；（2）在使用过程中，若电熨斗10min消耗电能1.32×105J，求在这段时间内电熨斗处低温挡工作所用的时间t1和高温挡工作所用的时间t2；（3）为了适应不同室温和更多衣料，小明对电路做了改进，将R2换成滑动变阻器R3，如图丙所示，R1、R3均为发热体。假定电熨斗每秒钟散失的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温度差Δt关系如图丁所示。在一个20℃的房间，要求电熨斗表面保持220℃不变，应将R3的阻值调为多大？型号：HU15816额定电压220V频率50Hz低温挡功率100W高温挡功率500W【解答】解：（1）观察图乙可知当S闭合时R2被短路，只有R1接入电路，此时对应高温挡；由P=U2RR1=U2P（2）已知时间与所消耗电能，可计算出这段时间电熨斗的平均功率为；P平均=W因为100W＜220W＜500W，所以这段时间内电熨斗在100W到500W之间切换；设电熨斗在P1＝100W下工作时间为t1，则有W＝P1t1+P2（600s﹣t1），即1.32×105J＝100Wt1+500W×（600s﹣t1），解得：t1＝420s；即电熨斗在P1＝100W下工作了420s，在P2＝500W下工作了t2＝600s﹣420s＝180s；（3）由题干可知室温为20℃，电熨斗表面为220℃，则温差Δt＝220℃﹣20℃＝200℃；观察图像丁可知，在温差为200℃下电熨斗每秒钟散失的热量为400J；则损失热量的功率为：P损=W要想保持电熨斗表面温度不变，则电熨斗的加热功率P加热＝400W；电路丙中的加热功率P加热=U2R1+R3答：（1）R1的阻值是96.8Ω；（2）在这段时间内电熨斗处于高温挡与低温挡相互切换的状态，电熨斗在P＝100W下工作了420s，在P＝500W下工作了180s；（3）如果要求电熨斗表面温度不变，应将R3的阻值调为24.2Ω。7．为实现自动控制，小明同学利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器，其电路图如图甲所示.控制电路中，电压U1＝3V，定值电阻R0＝50Ω，热敏电阻R的阻值随温度变化的图象如图乙所示；工作电路中，电压U＝220V，R1＝836Ω，R2＝44Ω.已知恒温调奶器容量为2kg，水温达到80℃时衔铁会跳起。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）（1）求衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流。（2）求工作电路在保温状态下的电功率。（3）当调奶器加满温度为25℃的水，加热元件工作500s后衔铁跳起，求此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率。【解答】解：（1）由图可知当温度为80℃时，热敏电阻的阻值为100Ω，串联电路总电阻等于各分电阻之和，所以控制电路的总电阻为：R控＝R+R0＝100Ω+50Ω＝150Ω，衔铁刚弹起时，通过电磁铁线圈的电流：I=U（2）由P=U2R可知，当只有R2接入工作电路，工作电路中总电阻最小，功率最大，处于加热状态；当R1则保温功率为：P=U（3）水吸收的热量为：Q＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（80℃﹣25℃）＝4.62×105J，恒温调奶器加热状态下的电功率：P=U500s内消耗的电能：W＝Pt＝1100W×500s＝5.5×105J，恒温调奶器的加热效率：η=QW×答：（1）衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流为0.02A；（2）工作电路在保温状态下的电功率为55W；（3）此过程中水吸收的热量为4.62×105J，恒温调奶器的加热效率为84%。8．图甲是某电子秤工作原理的模拟电路。用灵敏电流表显示托盘内物体的质量，灵敏电流表量程是0～0.1A，定值电阻R1＝50Ω，电源电压恒为12V。压敏电阻R2相当于压力传感器，其电阻大小与托盘内所放物体质量m大小的关系如下表：R2/Ω550487428370310250200150100704020m/g010020030040050060070080090010001100求：（1）闭合开关，托盘中不放物体时，电路中的电流；（2）这架电子秤能称量的最大质量；（3）装有液体的烧杯放在电子秤托盘上，质量显示为500g；现用细线悬挂一个体积为2.5×10﹣4m3的金属块浸没在液体中，如图乙所示，稳定时质量显示为700g。求金属块受到的浮力和液体的密度。【解答】解：（1）由图甲可知，定值电阻R1与压敏电阻R2串联，托盘中不放物体时由表格可知，压敏电阻R2＝550Ω，定值电阻R1＝50Ω，电路的总电阻：R＝R1+R2＝50+550Ω＝600Ω，根据欧姆定律算出电流表的示数：I=U（2）灵敏电流表量程是0～0.1A，Imax＝0.1A，根据欧姆定律电路中的最小电阻：Rmin=UImax压敏电阻R2的最小值：R2min＝Rmin﹣R1＝120Ω﹣50Ω＝70Ω，查表可知当R2min＝70Ω时，托盘中放置的物体质量mmax＝900g，这架电子秤能称量的最大质量为900g；（3）装有液体的烧杯放在电子秤托盘上，质量显示为500g；金属块浸没在液体中，如图乙所示，稳定时质量显示为700g，电子秤增加的示数：Δm＝m2﹣m1＝700g﹣500g＝200g＝0.2kg，物体对电子秤的压力变化量ΔF＝Δm•g＝0.2kg×10N/kg＝2N，由题意可知，物体浸没在液体中受到的浮力：F浮＝ΔF＝2N；物体浸没在液体中，V排＝V物＝2.5×104m3，由阿基米德原理可知，F浮＝G排ρ液gV排，液体的密度：ρ液=F浮gV排答：（1）闭合开关，托盘中不放物体时，电路中的电流是0.02A；（2）这架电子秤能称量的最大质量900g；（3）金属块受到的浮力为2N，液体的密度0.8×103kg/m3。9．如图所示，体积为V＝200cm3的木块在绳子拉力F＝0.8N的作用下完全浸没在水中，（g＝10N/kg，