9 電學(xué)在生活中實(shí)際應(yīng)用壓軸計算（原卷版）

綜合近幾年中考對于綜合題（信息題）的考察形式，綜合題主要考查學(xué)生綜合分析能力及計算能力,這類問題要求學(xué)生能靈活運(yùn)用物理公式進(jìn)行演算和推理,計算要嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范,物理語言表達(dá)要清晰。綜合題具有開放性、新穎性、創(chuàng)新性、探究性、綜合性等特點(diǎn)，常以生產(chǎn)、生活中常見的器物和新科技產(chǎn)品為背景，難度相對較大．針對此類題目，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，找出不同體系知識的相互區(qū)別與聯(lián)系，將物理知識靈活運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中，達(dá)到活學(xué)活用。一、力學(xué)和電學(xué)綜合——力電綜合該題型一般以發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、壓敏電阻、滑動變阻器、簡單機(jī)械為載體，建立力與電之間的聯(lián)系，或考查力電轉(zhuǎn)換，或力與電并列設(shè)置問題進(jìn)行考查。1、如果是用壓敏電阻，關(guān)鍵是找出力與電阻之間的關(guān)系，可能以表格、或圖像已知，通過圖像或表格找到力的電阻之間的關(guān)系；2、如果是力電轉(zhuǎn)換器是將力信息轉(zhuǎn)化為電壓、電流等的變化關(guān)系，找出力與電壓、電流之間是如何變化的。3、風(fēng)力發(fā)電常常是力、電結(jié)合的媒介，將力學(xué)、電學(xué)結(jié)合。4、電動機(jī)牽引機(jī)車運(yùn)動，消耗一定的電能，使機(jī)車行駛一定的距離，這樣力學(xué)和電學(xué)有機(jī)結(jié)合起來。二、熱學(xué)和電學(xué)綜合——熱電綜合該題型一般以電熱器或熱敏電阻為為載體

，利用電流的熱效應(yīng)給水等

物質(zhì)加。熱焦耳定律是考查的重要知識點(diǎn)，能量轉(zhuǎn)化方向是試題的熱點(diǎn)，熱能發(fā)電則是試題的另個側(cè)面。火力發(fā)電也是熱電綜合的一個方面，通過燃燒燃料獲取內(nèi)能從而用來發(fā)電。三、光學(xué)和電學(xué)綜合——光電綜合這種題型常常是利用太陽能或光敏電阻實(shí)現(xiàn)光電綜合。太陽能與電學(xué)結(jié)合往往考查利用太陽能發(fā)電，需要考慮太陽能的照射、吸收效率問題，有效利用的太陽能轉(zhuǎn)化為電能。光敏電阻通過光的照射不同會引起電阻發(fā)生變化，從而引起電流中電流、電壓、電功及電功率的變化。電能電動機(jī)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能電熱器電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能化學(xué)能發(fā)電機(jī)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能太陽能太陽能電池太陽能轉(zhuǎn)化為電能1、如圖甲為汽車油箱內(nèi)測油量的電路原理圖，Rx為壓力傳感器，它的電阻值隨它受到壓力的變化關(guān)系如圖乙所示，電流表為油量表（實(shí)質(zhì)是一只量程為0~0.6A的電流表），油箱內(nèi)油量的變化通過電流表示數(shù)的變化顯示出來，定值電阻R0=5Ω，電源電壓恒為15V，油箱位于壓力傳感器上，空油箱重50N，油箱加滿油時指針恰好指示最大刻度；（已知汽油的密度ρ=0.7×103kg/m3，g取10N/kg）請問（1）加滿油時，R0兩端的電壓是多少；（2）加滿油時，Rx的阻值是多少；（3）油箱最多能儲油多少升？2、如圖甲所示，水平桌面上放置了一個足夠高的柱形儲水箱，重力為8N，底面積為400cm2，在其底部緊密嵌入一個壓敏電阻Rx（上表面與水接觸并涂有絕緣漆，其阻值與儲水箱水深h的關(guān)系如圖乙所示），Rx所在電路的電源電壓為15V，A為由電流表改成的水位指示表。把重為8N的柱體A與重為16N的正方體B用細(xì)繩連接，放入水箱底部，B未與Rx接觸，A的高為10cm，B的邊長為10cm。向水箱中緩慢注水，當(dāng)細(xì)繩剛好變直時，水箱中水的深度為24cm；當(dāng)B對容器底的壓力恰好為0時，停止注水，此時電流表的示數(shù)變?yōu)?.15A。求：（1）細(xì)繩剛好變直時，電流表的示數(shù)I；（2）停止注水后將A豎直向上提升，直至B下表面剛好離開水面（忽略物體表面攜帶水），水面下降的高度；（3）在B下表面剛好離開水面時，保持A、B位置不變，沿豎直方向切下A的3/8并放入容器中，待水面靜止后，容器對桌面的壓強(qiáng)。3、如圖甲所示的裝置，電源電壓U=10V保持不變，R2=12Ω。導(dǎo)電性能良好的金屬彈簧和金屬指針P的電阻和重力均不計，金屬塊A的重力G1=10N。R1是一根水平放置的粗細(xì)均勻、總長L=1m的金屬棒，其電阻隨長度均勻變化，總電阻為8Ω，兩端都被固定在絕緣支架上，它對指針P無壓力，且接觸良好。絕緣板B重G2=20N，當(dāng)它從金屬塊A和地面間被抽出時，它的上下表面分別與A和地面之間產(chǎn)生的摩擦力為f1和f2，且均為接觸面間壓力的0.2倍，當(dāng)P置于金屬棒左端a點(diǎn)時，彈簧恰好處于原長。（1）當(dāng)P置于金屬棒的左端a點(diǎn)時，電流表的示數(shù)I1為多少?（2）用水平拉力F將B從A與地面之間勻速抽出，當(dāng)金屬塊保持靜止時，求彈簧拉力F和水平拉力F′的大小。（3）用水平向右的拉力拉動金屬塊A，使指針P逐新從最左端a點(diǎn)向右移動，直至運(yùn)動到b點(diǎn)，試求出電流表的示數(shù)和指針P移動的距離x之間的關(guān)系式，并完成的圖象。4、某款水位自動測控儀的測量原理如圖甲所示，電源電壓U恒為15V，定值電阻R0=10Ω，R1為一豎直固定光滑金屬棒，總長40cm，阻值為20Ω，其接入電路的阻值與對應(yīng)棒長成正比。彈簧上端固定，滑片P固定在彈簧下端且與R1接觸良好，滑片及彈簧的阻值、重力均不計。圓柱體M通過無伸縮的輕繩掛在彈簧下端，重80N，高60cm，底面積為100cm2。當(dāng)水位處于最高位置A時，M剛好浸沒在水中，此時滑片P恰在R1最上端；當(dāng)水位降至最低位置B時，M的下表面剛好離開水面。已知彈簧所受拉力F與其伸長量△L的關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S，試問：（1）當(dāng)水位下降時，金屬棒接入電路的長度，電壓表示數(shù)。（兩空均選填“增大”或“減小”）（2）當(dāng)水位處于位置A時，電壓表的示數(shù)為多少？（3）水位由位置A降至B這一過程，彈簧的長度增加了多少？電壓表的示數(shù)變化了多少？（已知ρ水=1.0×103kgm3，g取10N/kg）5、音樂噴泉（圖1）是集光機(jī)電技術(shù)于一體的裝置。將紅、綠、藍(lán)三種色燈照射到水柱上，通過電腦控制三種色燈的功率就能讓水柱變換顏色，呈現(xiàn)美輪美奐的視覺效果。三種色燈的功率隨時間變化規(guī)律如圖2所示。（1）請寫出下表中第23s，三種色燈的工作情況？時間t/s051023三種色燈的工作情況只有綠燈亮紅燈和綠燈亮只有紅燈亮________（2）若每只燈的電阻是50Ω，第25s時通過綠燈的電流是多少？（3）如圖3為控制噴泉水柱工作的模擬電路圖，A、B兩端輸入如圖4所示的周期性變化的電壓UAB。定值電阻R=2Ω，D為特殊電子元件，當(dāng)UAB<6V時，D兩端的電壓UD=UAB，當(dāng)UAB≥6V時，UD始終維持6V電壓不變，當(dāng)通過R的電流滿足IR≥2A時，水泵啟動噴水。則：①噴水時，UAB兩端的電壓至少為多少？②t=3s時，電阻R消耗的電功率為多少？6、音樂噴泉是集光機(jī)電技術(shù)于一體的裝置，讓紅、綠、藍(lán)三種色燈照射到水柱上，通過電腦控制三種色燈功率的比例就能讓水柱變換顏色，呈現(xiàn)美輪美奐的視覺效果。圖甲是某段時間內(nèi)紅、綠兩色燈功率隨時間變化的圖像。（1）第28s紅燈兩端的電壓為100V，求此時通過紅燈的電流；（2）請計算0～30s內(nèi)紅燈和綠燈消耗的總電能；（3）圖乙是控制噴泉水柱工作的模擬電路。AB兩端輸入如圖丙所示的周期性變化的電壓UAB，定值電阻R＝2Ω，D為特殊電子元件。當(dāng)UAB＜6V時，D兩端的電壓UD＝UAB；當(dāng)UAB≥6V時，UD恒為6V不變。當(dāng)通過R的電流滿足I≥2A時，電路啟動噴水，此時UAB至少為多少伏？該電路工作10min，其中噴水時間有多少秒？7、如圖所示，科技制作小組運(yùn)用電學(xué)知識設(shè)計了一個電子身高測量儀。已知定值電阻R1＝5Ω，電源電壓恒為4V，R2的規(guī)格為“20Ω0.5A”，電壓表量程為0～3V，電流表量程為0～0.6A。根據(jù)以上信息，請回答下列問題。（1）當(dāng)被測身高增加時，電壓表的示數(shù)（選填“變大”、“變小”或“不變”）；（2）當(dāng)R2實(shí)際接入的電阻值為5Ω時，電流表的讀數(shù)是多少？（3）為保證各元件安全，變阻器R2接入電路中的阻值范圍是多少？8、小林發(fā)現(xiàn)市場上所用的“電子秤”，實(shí)際上是壓力測量儀，其原理結(jié)構(gòu)如圖甲所示。圖甲中La為金屬片，Lb為金屬板，所稱物體質(zhì)量與電阻R1的關(guān)系如圖乙所示。定值電阻R2=12Ω。閉合開關(guān)后，稱量物體A時，電壓表示數(shù)為3.6V，稱量物體B時，電壓表示數(shù)為6V，兩次滑動變阻器連入電路中的阻值比為1:2。已知滑動變阻器R1的最大值為“100Ω0.5A”。求：（1）電源電壓；（2）物體B的質(zhì)量；（3）若電壓表所接量程為0~15V，電子秤稱量物體的質(zhì)量范圍。9、某興趣小組設(shè)計了一個監(jiān)測湖水水位的報警裝置，其原理如圖1。電源電壓恒定，電阻R0的阻值為30Ω；R是豎直放置的長條形電阻片。浮子可帶動金屬滑桿AP在豎直方向上下移動、AP與R組成滑動變阻器。當(dāng)電流表的示數(shù)達(dá)到設(shè)定數(shù)值時，表示水位達(dá)到警戒水位，裝置發(fā)出報警信號。已知滑桿AP從底端上移到頂端的過程中，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的U﹣I圖像如圖2所示。（1）求滑動變阻器的最大阻值。（2）求電源電壓和電路的最小功率。（3）滑桿AP從底端上移到頂端的過程中，滑動變阻器連入電路的電阻均勻變化，記錄下幾組水位和對應(yīng)的電流表示數(shù)，數(shù)據(jù)如下表。當(dāng)電流表的示數(shù)為0.25A時，水位達(dá)到警戒值，求警戒水位。水位h/cm10152030電流I/A0.10.120.150.310、小超同學(xué)設(shè)計了一款水位報警裝置，如圖所示。柱體A與B被輕桿連接于輕質(zhì)杠桿的C、D兩端（輕質(zhì)杠可繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動），且CO：OD=1：1，柱體A上表面剛好和柱形容器頂部齊平，A的重力為10N，底面積為50cm2；重為30N的柱體B置于壓敏電阻R上，壓敏電阻其電阻值Rx隨壓力F的變化關(guān)系如下表所示，電源電壓恒為4.5V，定值電阻R0的阻值為6Ω，電流表的量程為0～0.6A，電壓表的量程為0～3V。逐漸向容器中注水至滿，容器的底面積為200cm2，整個過程中，杠桿始終保持水平位置平衡，則：（1）當(dāng)A下表而剛好與水接觸時，求D點(diǎn)受到的拉力？（2）若在電路安全情況下，當(dāng)水注滿時，其中一電表剛好達(dá)到其最大值（報警器發(fā)出警報），則A的體積為多少？（3）當(dāng)水注滿時，若將A豎直切割五分之一（切割部分取出），過程中杠桿始終保持水平位置平衡，則電壓表的示數(shù)為多少V？壓力F/N101520232730333740壓敏電阻Rx/Ω1512987654311、載人飛船在太空中飛行時，由于處在真空環(huán)境，它的艙門必須具有良好的密封性。為了檢驗(yàn)飛船艙門的密封性能，科研人員采用了如下的方法：將待檢驗(yàn)的飛船艙體M置于一個不漏氣的集氣空腔N中，如圖甲所示。先對艙體M充入壓強(qiáng)為1.0×105Pa的空氣，然后，把集氣空腔N抽成真空。若艙門漏氣，一段時間后便會有氣體從艙體M進(jìn)入集氣空腔N中，艙體M中的壓強(qiáng)將減小，集氣空腔N中的壓強(qiáng)將增大。為了測量艙體M和集氣空腔N中的壓強(qiáng)，科研員設(shè)計了如圖甲所示電路，其中RM、RN是兩個完全相同的壓敏電阻（其電阻值會隨所受壓強(qiáng)大小發(fā)生變化的可變電阻）。已知艙體M的容積為V，集氣空腔N真空部分的容積為4V，飛船艙門的面積是0.6m2，不計艙體M器壁的體積，整個過程溫度不變。電路中R0的阻值為10Ω，電源電壓為12V。壓敏電阻RM、RN的阻值隨氣體壓強(qiáng)變化的關(guān)系如表：壓敏電阻受到的氣壓（×105Pa）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0壓敏電阻對應(yīng)的電阻值（Ω）504030221512108654試求：(1)若艙門不漏氣，且單刀雙擲開關(guān)S接b時，電路中電流表和電壓表的示數(shù)分別是多少？(2)實(shí)驗(yàn)表明，一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)隨體積的變化如圖乙所示。若空氣從艙體M中逸出，經(jīng)過一定的時間后，M、N中的壓強(qiáng)相等。若開關(guān)S接在a處，則此時整個電路消耗的總功率多大？(3)在檢驗(yàn)過程中的某時刻，開關(guān)接a時電壓表的示數(shù)為Ua、壓敏電阻RM的功率為PM，開關(guān)接b時電壓表的示數(shù)為Ub、壓敏電阻RN的功率為PN，若Ua＝2Ub，且PM:PN＝3:2，則此時艙門內(nèi)外受到的壓力差是多少？12、某安全設(shè)備廠研發(fā)了一種新型抗壓材料，要求對該材料能承受的撞擊力進(jìn)行測試。如圖甲所示，材料樣品（不計質(zhì)量）平放在壓力傳感器上，閉合開關(guān)S，將重物從樣品正上方h＝5m處靜止釋放，撞擊后重物和樣品材料仍完好無損。從重物開始下落到撞擊樣品，并最終靜止在樣品上的過程中，電流表的示數(shù)I隨時間t變化的圖像如圖乙所示，壓力傳感器的電阻R隨壓力F變化的圖像如圖丙