中考物理《力热电》综合计算.docx
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中考物理《力热电》综合计算
2019-2020年中考物理《力、热、电》综合计算
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.
（xx·杭州）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（P与R1间的摩擦不计）.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.
（1）要保证电压表能正常工作，电路中R0至少应为多少欧？
（2）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？
（3）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0.8V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？
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0.8V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.（xx·台州）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：
（1）重物每被举高一次，人至少对重物做了多少焦的功？
（2）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.（xx·黄冈）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0.5Ω.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：
（1）电动机吊起重物的过程中消耗的电能.
（2）电动机正常工作过程中线圈产生的热量.
（3）该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率.
3.（xx·荆州）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.（xx·绍兴）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.电路由电源，称重计（电流表，量程0～0.6A）,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0.1A.
（1）定值电阻R0多大？
（2）弹簧的长度与受到的力的关系是：
在弹性限度内，.
（3）最大载重时，该模拟电路的电流表示数多大？
（4）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.（xx·嘉兴）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
指标参数
工作电压
15V
功率
30W
电池容量
2000mAh
（1）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.
（2）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？
（3）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？
（剩余电池容量的40%用于提供克服阻力做功）
6.（xx·庆阳）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
整车质量
40kg
最高车速
≤30km/h
最大噪声
≤62dB
蓄电池
蓄电容量
0.576kW·h
电动机
额定电压
48V
额定功率
240W
（1）行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为50cm２，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？
（g取10N/kg）
（2）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？
（3）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？
（各举一条）
7.（xx·福州）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
100
110
120
130
140
150
160
…
传感器R1/Ω
100
90
80
70
60
50
40
…
（1）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？
（2）在第
（1）问的基础上，通电5s，电流通过R1产生的热量是多少？
（3）当电路中的电流达到0.03A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？
8.（xx·泰安）如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图（俯视图），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=0.8kg.计数器由电流表和电路计数元件组成（电流表和电路计数元件的电阻不计），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.（g取10N/kg）
（1）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.
（2）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.
（3）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.
题型之一力、电综合题
例1
（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=0.1A，
R0=UR0/I1=（6V－3V）/0.1A=30Ω.
（2）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.
（3）当电压表的示数为0.8V时，电路中的电流I2=U/R=6V/（30Ω＋45Ω）=0.08A，RaP=UaP/I2=0.8V/0.08A=10Ω，R1的aP段laP=6cm×10Ω/30Ω=2cm，即滑片P移动的距离为2cm，由图像可知，此时拉环上拉力F=200N.
由于电阻丝ab的长度为6cm，则滑片P的最大移动距离Δl′=6cm，由图像可知，此时拉环上拉力F′=600N，即拉力计的量程为0～600N.
针对训练
1.
（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===200s
2.
（1）由于电动机正常工作，消耗的功率等于额定功率，
即P=38kW=3.8×104W，工作时间t=25s，
所以电动机消耗的电能
W=Pt＝3.8×104W×25s＝9.5×105J
（2）电动机正常工作时的电流：
I==P额/U额=3.8×104W/380V=100A
线圈产生的热量：
Q=I2Rt=（100A）2×0.5Ω×25s=1.25×105J
（3）线圈电流产生热量即该“塔吊”本身消耗的电能为W1=Q=1.25×105J，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=9.5×105J-1.25×105J
=8.25×105J
又因为η==，
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×22m8.25×105J=80%
3.
（1）轮轴在1min内转过的圈数
N=nt=1×60=60转
故重物上升的高度h=NL=60×0.4m=24m
（2）钢索对重物做功
W物=mgh=600×10×24J=1.44×105J
（3）电动机在1min消耗的电能
W总=Pt=4000×60J=2.4×105J
故该装置的机械效率
η=W物/W总=1.44×105J/（2.4×105J）=60%
4.
（1）R总=U/I1=8V/0.1A=80Ω,
R0=80Ω-20Ω=60Ω.
（2）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′1
20Ω/40cm=R′1/24cm,R′1=12Ω
I′=U/R=8V/（60Ω+12Ω）=0.11A.
（4）I＞0.3AU/（R′1+R）＞0.3A
8V/（12Ω+R）＞0.3AR＜14.67Ω
I≤0.6AU/（R′1+R）≤0.6A
8V/（12Ω+R）≤0.6AR≥1.33Ω.
∴选R3，电阻最大载重电流
I=UR=8V（12Ω+5Ω）=0.47A.
5.
（1）减小
（2）I===2A=xxmA
=1h
（3）克服阻力做的功：
W=UIt=15V×2000mAh×10%×40%=4320J
s===216m
6.
（1）地面受到的压强p=F/S=（40kg+50kg）×10N/kg/0.01m2=0.9×105Pa
（2）蓄电池储存的电能
W电＝0.576kW·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
（3）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.
（1）由表可知，R1=100Ω
R=R1+R0=100Ω+50Ω=150Ω
电路中的电流I===0.02A
（2）电流通过R1产生的热量：
Q=I2R1t=（0.02A）2×100Ω×5s=0.2J
（3）当电路中的电流达到0.03A时
R′===100Ω
R1′=R′-R0=100Ω-50Ω=50Ω
查表可知,载盘所载质量为150g
剩余食物的质量m余=150g-100g=50g
8.
（1）F=G=mg=0.8kg×10N/kg=8N;竖直向上
（2）L1=vt1=1m/s×0.1s=0.1m
L2=vt2=1m/s×0.2s=0.2m
F压=G=mg=0.8kg×10N/kg=8N
p=F压/S=8N/0.01m2=800Pa
（3）在0~0.2s内,I1=2×10-3A
U2=I1R2=2×10-3A×103Ω=2V
U1=U-U2=3V-2V=1V
W1=I1U1t1=2×10-3A×1V×0.2s=4×10-4J
在0.2s-0.3s内,I2=1×10-3A
U3=I2R2=1×10-3A×102Ω=1V
U4=U-U3=3V-1V=2V
W2=I2U4t2=1×10-3A×2V×0.1s=2×10-4J
在1min内,W=60s/0.3s·（W1+W3）=200×（4×10-4J+2×10-4J）=0.12J.
题型之二 电、热综合题
该题型一般以电热器为载体，利用电流的热效应给水等物质加热.焦耳定律是试题考查的重要知识点，能量转化方向是试题的热点.热能发电则是试题的另一个侧面.
（xx·东营）无内胆饮水机——管线机的电路原理如图，电热丝R1、R0绕在出水管上，水经过出水管时被加热，通过改变“温、开水选择开关”的状态（“断开”或“闭合”），可以选择出温水或开水.该管线机的额定电压是220V，开水加热电功率是2200W，温水加热电功率是1100W.已知：
电热丝R1、R0电阻不随温度变化，水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），水的密度=1×103kg/m3，g取10N/kg.求：
（1）“温、开水选择开关”的状态和出温水、开水的对应关系如何？
（2）饮水机正常工作，出开水时电热丝中的电流是多少？
电热丝R0的电阻是多少？
（3）现在需要100℃的开水500ml，已知水的初温是20℃，水需要吸收多少热量？
如果电能转化为水的内能的效率是80%，饮水机正常工作时，烧开这些水需要多少时间？
点拨：
电热器连入电阻越大，其功率越小，档位越低；电热器连入电阻越小，其功率越大，档位越高.
1.（xx·安徽）某太阳能热水器装有100kg、初温为20℃的冷水，经过一天的太阳照射，水温升高到65℃，则这些水吸收的热量等于完全燃烧多少体积的天然气所放出的热量？
假如用功率为2kW的电热水器产生同样多的热量，则通电的时间为多少秒？
［已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）、天然气的热值4.2×107J/m3］
2.（xx·广安）6月5日是世界环境日，低碳排放，保护地球是当今世界的主题，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题.
（1）在能源家庭中，风能、太阳能、水能都同属于___________（填“可再生”或“不可再生”）能源，它们的开发和利用可以减少大量化石能源的生产和消费所导致的生态破坏与严重环境污染.
（2）为实现减排目标，国家大力推广风力、水力发电.如图是我国西部某处风力发电场的壮
观画面.假如装机总功率4.2×106kW的风电场项目全部建成后，所有机组发电1h，可提供多少千瓦时电能？
若这些电能全部转化为水的内能，那么可以把多少质量的水从28℃加热至沸腾（标准大气压下）？
［c水=4.2×103J/（kg·℃）］
3.（xx·衡阳）如图甲所示是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜.使用时，镜面受热，水蒸气无法凝结其上，便于成像，下表是该防雾镜的相关数据：
面积大小
110dm2
镜子质量
1.1kg
额定电压
220V
额定功率
1W/dm2
（1）求防雾镜正常工作时的电流.
（2）经测试，在-10℃环境下.正常工作400s使平面镜的平均温度升高了40℃，求电热膜给平面镜的加热效率.［玻璃的比热容为0.75×103J/（kg·℃）］
（3）如图乙所示，小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器，能使电热极的功率在原功率的25%～100%之间变化，以满足不同季节使用的需要.请求出R的最大阻值.
4.（xx·济宁）小梦家新买了一口电饭锅，如图甲所示.通过查看说明书，发现电饭锅工作时有两种状态：
一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态.图乙是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电热丝.
（1）自动开关S接通或断开时，电饭锅分别处于哪种状态？
说明理由.
（2）要是R2在保温状态下的功率是加热状态下的1/25，R1与R2应满足什么关系？
（3）“母亲节”到了，小梦想为妈妈准备泡脚水，由于水温较低，小梦先从盛有5kg水的桶中取出2kg水倒入电饭锅中加热4min后，将水倒回水桶中，经过测量桶中水温升高了20℃（整个过程不计能量损失）.请计算R2的阻值.
5.（xx·吉林）甲图是用来焊接自来水管的塑料热熔器.通电后，加热头发热，使需接上的塑料水管的两头熔化，将它们对接、紧压在一起，冷却后，就可以拼成一根水管了.其电路部分如图乙所示，S2为温控开关，S1是手控开关.ND为指示灯，R1是限流电阻，R2和R3均为加热电阻.下表是它的技术参数.
产品名称
便携自动控温式PPR/PP-R
塑料管材
型号
20-32MM（配Ф20、Ф25、Ф32模头）
环境温度
-20℃～50℃
相对湿度
45%～95%
额定电压
220V
加热头温度
260±5℃
功率
加热：
1000W，保温：
250W
安全指标
绝缘电阻不小于1MΩ
（1）请说出加热和保温状态下，开关S1和S2所处的状态.
（2）求出R2的电阻值.
（3）若熔化1kg的PVC塑料需要吸收106J热量，某次熔接时要需熔化80g的PVC，则正常情况下至少要加热多长时间？
（4）在设计时，若指示灯ND可在“3V 0.3A”普通灯泡和“3V 10mA”的发光二极管中．任选一种，你认为选哪一种比较合适，请说明理由.
6.（xx·黄冈）电热加湿器工作原理：
加湿器水箱中部分水通过进水阀门进入电热槽中受热至沸腾，产生的水蒸气通过蒸汽扩散装置喷入空气中，从而提高空气湿度.下表是某同学设计的电热加湿器部分参数，其发热电路如图所示，R1、R2为阻值相同的发热电阻，1、2、3、4为触点，S为旋转型开关，实现关、低、高档的转换.则：
额定电压
220V
额定最大发热功率
400W
水箱容积
4L
适用面积
40～60m2
（1）若加热前水温为20℃，电热槽内气压为标准大气压，从加热到沸腾最短时间为3分钟，则电热槽中水的质量是多少千克？
［不计热损失，c水=4.2×103J/（kg·℃），结果保留两位小数］
（2）加湿器在低档时的发热功率.
（3）对于需要制冷的室内，电热加湿器会使其气温升高，请提出一条改进的建议.
7.（xx·临沂）用豆浆机制作豆浆的过程是：
按合适的比例把豆料、清水放入豆浆机中、
经过预热、打浆、加热等程序，即可制成熟豆浆.某豆浆机的参数如下表：
型号
额定电压
额定频率
打浆功率
加（预）
热功率
容量
SYL-624
220V
50Hz
200W
1100W
2000mL
一次打浆要向豆浆机中加入黄豆和清水共1.5kg，需13min完成加工过程，其工作信息如图所示.请解答下列问题：
（1）根据工作信息图可知从第6min至第9min为第一段加热过程，求这段过程中豆浆
吸收的热量是多少?
［c豆浆=4.0×103J/（kg·℃）］
（2）豆浆机正常工作完成一次豆浆制作，共消耗多少电能？
题型之二电、热综合题
例2
（1）当选择开关闭合时，电阻R1短路，电路中的总电阻小，由公式P=U2/R可知，电热器的功率大，出开水.当选择开关断开时，电阻R1、R0串联，电路中的总电阻大，由公式P=U2/R可知，电热器的功率小，出温水.
（2）出开水时，电热丝中的电流
I开=P开/U=2200W/220V=10A，
电热丝R0=U/I开=220V/10A=22Ω.
（3）水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×500×10-6×1×103kg×（100℃－20℃）=1.68×105J，
产生这些热量所需的电能
W=Q吸/η=168000J/80%=2.1×105J，
饮水机工作时间
t=W/P=2.1×105J/2200W=95.5s.
针对训练
1.水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（65℃－20℃）=1.89×107J
天然气的体积V=Q放/q=Q吸/q=1.89×107J/（4.2×107J/m3）=0.45m3
电热器工作时间t=W/P=Q吸/P=1.89×107J/2kW=9450s
2.
（1）可再生
（2）
（2）W=Pt=4.2×106kW×1h=W=Pt=4.2×106kW·h
m=Q/（cΔt）=W/（cΔt）
=4.2×106×3.6×106J/［4.2×103J/（kg·℃）×（100℃－28℃）］
=5×107kg
3.
（1）防雾镜的功率
P=1W/dm2×110dm2=110W.
防雾镜正常工作时的电流
I=P/U=110W/220V=0.5A.
（2）平面镜吸热Q吸=cm镜（t-t0）=0.75×103J/（kg·℃）×1.1kg×［40℃-（－10℃）］=4.125×104J.
防雾镜消耗的电能
W=Pt=110W×400s=4.4×104J.
防雾镜的效率
η=Q吸/W=4.125×104J/（4.4×104J）=93.75%.
（3）电热膜的电阻为R0=U2/P=（220V）2/110W=440Ω，
当R的阻值最大时，通过电热膜的电流最小，
此时电热膜的功率最小，应为
110W×25%=27.5W;
此时通过它的电流：
I小===0.25A,电路中的总电阻为R总=U/I小=220V/0.25A=880Ω,
变阻器的最大阻值为
R=R总-R0=880Ω-440Ω=440Ω.
4.
（1）自动开关断开时R1和R2串联，
此时电饭锅的功率P1=U2/（R1+R2）;
自动开关闭合时R1被短路，电路中只有R2，
此时电板锅的功率P2=U2/R2,
因为P1＜P2,所以自动开关断开时是保温状态，自动开关闭合时是加热状态.
（2）由题
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