力 热 电 大综合的计算一力 电综合.docx

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力热电大综合的计算一力电综合

力热电大综合的计算

（一）力电综合

　　　　　　力、热、电大综合的计算　　综合计算题综合多种物理过程，有的联系生活实际，常常立意于新的物理情境.解题过程运用多个物理概念及规律，分析多个研究对象，该类题型有：

能量效率问题、电热结合、力热结合、电力结合等；要求学生在解题技巧上，仔细审题，对题目进行认真分析划分为子问题，划分步骤，逐层深入，建立有关方程，求解；要求学生关注生活中的物理，学会思考，学会知识迁移和建模，尝试用物理知识解决各类问题，逐步提高综合能力.　　题型之一力、电综合题　　该题型一般以发电机、电动机、压敏电阻、滑动变阻器、简单机械为载体，建立力与电之间的联系，或考查力电转换，或力与电并列设置问题进行考查.　　图甲是一个电子拉力计原理图.硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起.电压表量程为0～3V，ab是一根长为6cm的均匀电阻丝，阻值R1=30Ω，电源电压U=6V.　　　　要保证电压表能正常工作，电路中R0至少应为多少欧？

　　当拉环不受拉力时，滑片P处于a，闭合开关后电压表的读数为多少伏？

　　已知该弹簧伸长的长度Δl与所受拉力F间的关系如图乙所示，若R0=45Ω，通过计算说明，开关S闭合后，当电压表指针指在V处，作用在拉环上水平向右的拉力为多大?

此拉力计的量程是多少？

　　xkb1.com点拨：

为了保证电压表的正常工作，R0至少应分3V的电压.　　当滑片P处于a端时，开关闭合后电压表被短路.　　当电压表的示数为V时，可先用欧姆定律求出电流中电流，进而求出R1的aP段阻值、滑片P移动的距离Δl，对比图像即可得出此时拉环上拉力的大小F.　　滑片P的最大移动距离Δl′=6cm，对比图像即可得出此时拉环上拉力的大小F.　　　　1　　　　　　1.重力灯是英国的里弗斯设计的一款概念环保灯，设计师为这款灯找到　　了“可再生能源”，它就是通过一定的装置将重力势能转化为电能.已知重物质量为20kg，每次被举高2m，LED灯的额定功率为1W，g取10N/kg.则：

重物每被举高一次，人至少对重物做了多少焦的功？

　　　　重物重力做的功有50%转化为电能，每举高一次重物能使该灯正常照明多长时间？

　　　　2.当前城镇化建设进程中，在一些场馆和楼房建设工地上，常见一种“塔吊”的起重设备，其主要组成为电动机和机械两部分，如图所示.假设某“塔吊”配置的电动机铭牌上标有：

额定电压380V，额定功率38kW，线圈电阻Ω.在一次起吊中，该“塔吊”电动机正常工作25s，把质量为3t的重物吊起22m（g取10N/kg）.求：

　　电动机吊起重物的过程中消耗的电能.　　　　电动机正常工作过程中线圈产生的热量.　　　　该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率.　　　　2　　　　　　3.建筑工地上常用电动机通过“龙门吊”提升重物，电动机带动绕有钢索的轮轴转动，与钢索相连的重物就被匀速提升，如图所示.如果轮轴的周长L=40cm，电动机带动轮轴每秒钟转1圈，被提升的重物质量m=600kg，电动机的电功率P=4kW，g取10N/kg，求:

（1）在1min内重物被提升的高度.　　　　

（2）在1min内钢索对重物所做的功.　　　　　　（3）这套设备的机械效率为多少？

　　　　4.小敏看到超载损坏的新闻报道.设计了一个称量车重的模拟电路，将载重量转化成电流表示数，如图甲.电路电源，称重计,定值电阻R0，滑动变阻器R1，弹簧和开关组成.已知电源电压8伏，滑动变阻器R1长40厘米、最大阻值20欧，且电阻的大小与其接入的长度成正比，弹簧的长度与受到压力之间的关系如图乙，当没有载物时，变阻器滑片指向上端，电流表示数是A.　　3　　　　　　定值电阻R0多大？

　　　　弹簧的长度与受到的力的关系是：

在弹性限度内，.最大载重时，该模拟电路的电流表示数多大？

　　　　小华觉得最大称量时，该模拟电路的电流表示数应该过满量程的一半，则应选择定　　值电阻；R2=20欧，R3=5欧和R4=1欧中哪个替换R0，替换后，最大称量时，电流表示　　数多大？

　　　　5.随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭.扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能.如图是某款扫地机器人及铭牌上的部分参数，请回答下列有关问题：

　　项目工作电压　　指标参数15V4　　功率电池容量　　　　　　30W2000mAh新*课*标*第*一*网机器人吸尘的工作原理是通过电动机转动使内部压强_________，从而使杂物进入吸　　尘器.　　电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000mA，能持续供电1小时.若充满电后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？

　　机械人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电.若返回过程中受到的阻力为20N，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米？

　　6.电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具.电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力.下表是某型号电动自行车主要技术参数：

　　整车蓄电池电动机整车质量最高车速最大噪声蓄电容量额定电压额定功率40kg≤30km/h≤62dBkW·h48V240W２　　行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为50cm，当一个质量为50kg的中学生骑　　着该电动自行车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是多大？

　　　　5　　

　　　　　　　　若蓄电池储存能量的80%用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直公路上匀速行驶时受到的平均阻力为40N，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多远？

　　从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？

　　7.为反对浪费，响应“光盘行动”，小明为自助餐厅的餐桌设计了“光盘仪”，餐盘放在载盘台上，若盘内剩余食物的质量达到或超过规定值，人一旦离开餐桌，提示器就会发出提示音，其原理图如图所示，电源电压3V不变，提示器的电阻R0恒为50Ω，传感器R1的阻值随载盘台所载质量变化的关系如下表所示，开关S闭合后，求：

　　载盘台所载质量m/g传感器R1/Ω　　　　　　　　100100110901208013070140601505016040……根据表中数据，当载盘台所载质量是100g时，R1的阻值是多少？

电路中的电流是多少？

　　在第问的基础上，通电5s，电流通过R1产生的热量是多少？

　　当电路中的电流达到A时，提示器会发出提示音，若空餐盘质量为100g，此　　时盘内剩余食物的质量是多少？

　　6　　　　8.如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图，立方体产品在水平传送带上与传送带以相同速度v=1m/s匀速运动，产品的质量m=kg.计数器电流表和电路计数元件组成，通过电路中电流的变化计数产品，a为激光源，R1为光敏电阻，R2为保护电阻.当激光射向R1时，R1的阻　　值变小，每当产品运动通过a与R1之间时，射向R1的光线会被产品挡住，R1阻值变大.闭合开关，电路中计数器中电流的示数I随时间t的变化图像如图乙所示.　　　　　　　　不计空气阻力，求传送带匀速运送产品过程中对每一个产品的作用力大小和方向.求每个产品的边长L1和产品的间隔L2.每个产品对传送带的压强大小.　　已知电源电压U=3V，R2=1kΩ，求传送带匀速运输产品过程中1min内光敏电阻R1消耗的电能.　　　　7　　　　　　（答案）力、热、电大综合的计算　　题型之一力、电综合题　　　　例1电压表示数最大时，R0有最小值，此时电路中的电流I1=U/R1=3V/30Ω=A，R0=UR0/I1=/A=30Ω.　　当滑片P处于a端时，开关闭合后电压表被短路，其示数为0.　　当电压表的示数为V时，电路中的电流I2=U/R=6V/=A，RaP=UaP/I2=V/A=10Ω，R1的aP段laP=6cm×10Ω/30Ω=2cm，即滑片P移动的距离为2cm，图像可知，此时拉环上拉力F=200N.　　于电阻丝ab的长度为6cm，则滑片P的最大移动距离Δl′=6cm，图像可知，此时拉环上拉力F′=600N，即拉力计的量程为0～600N.针对训练　　1.重物的重力：

　　G=mg=20kg×10N/kg=200N人对重物做的功：

　　W=Fs=Gh=200N×2m=400J　　

（2）重物重力做的功转化的电能：

W电=Wη=400J×50%=200J　　每举高一次重物能使该灯正常照明的时间：

　　t=W电200J==200s1Wp2.于电动机正常工作，消耗的功率等于额定功率，　　即P=38kW=×104W，工作时间t=25s，所以电动机消耗的电能　　W=Pt＝×104W×25s＝×105J电动机正常工作时的电流：

I=　　P=P额/U额=×104W/380V=100AU线圈产生的热量：

　　Q=I2Rt=（100A）2×Ω×25s=×105J　　线圈电流产生热量即该“塔吊”本身消耗的电能为W1=Q=×105J，所以“塔吊”电能转化为机械能的总量，即机械部分所做的总功　　W总=W-W1=×105×105J=×105J　　W有用Gh又因为η==，　　W总W总所以该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率η＝3×103kg×10N/kg×22×105J=80%3.

（1）轮轴在1min内转过的圈数N=nt=1×60=60转　　8　　　　故重物上升的高度h=NL=60×m=24m

（2）钢索对重物做功　　W物=mgh=600×10×24J=×105J（3）电动机在1min消耗的电能W总=Pt=4000×60J=×105J故该装置的机械效率　　η=W物/W总=×105J/=60%总=U/I1=8V/A=80Ω,R0=80Ω-20Ω=60Ω.　　受到的压力越大，弹簧的长度越短.　　（3）模拟电路最大载重时弹簧长度为24厘米，此时滑动变阻器的电阻为R′120Ω/40cm=R′1/24cm,R′1=12ΩI′=U/R=8V/=A.I＞A　　U/（R′1+R）＞A8V/（12Ω+R）＞A　　R＜ΩI≤A　　U/（R′1+R）≤A　　8V/（12Ω+R）≤A　　R≥Ω.∴选R3，电阻最大载重电流　　I=UR=8V=A.5.减小I=　　P30W==2A=2000mAU15V2000mAh=1h　　2000mA克服阻力做的功：

　　W=UIt=15V×2000mAh×10%×40%=4320Js=　　W4320J==216mF20N6.地面受到的压强p=F/S=（40kg+50kg）×10N/kg/m2=×105Pa蓄电池储存的电能　　W电＝kW·h＝2073600J电动自行车行驶克服阻力做功　　W机＝W电η＝2073600J×80%=1658880J电动自行车能连续行驶的路程　　s=W机/F=1658880J/40N=41472m　　优点：

无尾气；噪音小.缺点：

蓄电池一般使用一年左右就需更换，废弃后的电池污染环境.　　7.表可知，R1=100ΩR=R1+R0=100Ω+50Ω=150Ω电路中的电流I=　　U3V==AR150?

电流通过R1产生的热量：

　　Q=I2R1t=（A）2×100Ω×5s=J当电路中的电流达到A时　　9　　　　U3V==100ΩI’′=R′-R0=100Ω-50Ω=50Ω　　R′=查表可知,载盘所载质量为150g　　剩余食物的质量m余=150g-100g=50g8.

（1）F=G=mg=kg×10N/kg=8N;竖直向上

（2）L1=vt1=1m/s×s=mL2=vt2=1m/s×s=mF压=G=mg=kg×10N/kg=8Np=F压/S=8N/=800Pa　　-3　　（3）在0~s内,I1=2×10AU2=I1R2=2×10-3A×103Ω=2VU1=U-U2=3V-2V=1V　　W1=I1U1t1=2×10-3A×1V×s=4×10-4J　　-3　　在s内,I2=1×10AU3=I2R2=1×10-3A×102Ω=1VU4=U-U3=3V-1V=2V　　W2=I2U4t2=1×10-3A×2V×s=2×10-4J　　4-4　　在1min内,W=60s/s·（W1+W3）=200×=J.　　10