专题六 初中力电综合计算题解题规律与思维方法.docx
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专题六初中力电综合计算题解题规律与思维方法
专题六初中力电综合计算题解题规律与思维方法
一、初中力电综合计算题概述
解决力电综合计算题一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、压强公式、浮力公式、机械功和功率、机械效率公式、电功公式、做功公式等;涉及到的物理规律有二力平衡条件、液体压强规律、阿基米德原理、杠杆平衡条件、欧姆定律、焦耳定律等。
二、初中力电综合计算题基本类型
1.通过表格给出力学的、电学的一些数据,让学生分析有用的数据信息,结合力学电学规律、公式进行解决问题;
2.通过情境图给出力学的、电学的一些数据,让学生分析有用的数据信息,结合力学电学规律、公式进行解决问题;
3.通过原理图以及图像给出力学的、电学的一些数据,让学生分析有用的数据信息,结合力学电学规律、公式进行解决问题;
三、初中力电综合计算题例题解析
【例题1】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.
【例题2】两轮自平衡电动车作为一种新兴的交通工具,倍受年轻人的喜爱(如图所示).下表是某型号两轮自平衡电动车的主要技术参数.
整车质量
20kg
锂电池电压
48V
锂电池容量
12A•h
电动车额定电压
48V
电动机额定功率
350W
(1)图中小景的质量为40kg,轮胎与地面的总接触面积为0.01m2,求地面受到的压强(g取10N/kg)
(2)若电动机以额定功率工作,求锂电池充足一次电最多可骑行的时间(精确到0.1)
(3)锂电池充足电后,电动车在平直的公路上匀速行驶,受到的平均阻力为96N,最多能连续行驶17.28km,求电动车工作的效率.
答案:
(1)地面受到的压强为6×104Pa;
(2)锂电池充足一次电最多可骑行的时间为5924.6s;
(3)电动车工作的效率为80%.
解析:
小景骑车时对地面的压力等于小景和电动车的重力之和,根据F=G=mg求出其大小,又知道轮胎与地面的总接触面积,根据p=F/S求出地面受到的压强;
由表格数据可知锂电池的电压和容量,根据W=UIt求出锂电池充足一次电储存的电能,根据P=W/t求出电动机以额定功率工作时最多可骑行的时间;
电动车在平直的公路上匀速行驶处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,二力大小相等,根据W=Fs求出牵引力做的功,根据η=×100%求出电动车工作的效率.
(1)小景骑车时对地面的压力:
F=G总=(m车+m人)g=(20kg+40kg)×10N/kg=600N,
地面受到的压强:
p=F/S=600N/0.01m2=6×104Pa;
(2)锂电池充足一次电储存的电能:
W电=UIt=48V×12A×3600s=2.0736×106J,
由P=可得,最多可骑行的时间:
t′==≈5924.6s;
(3)电动车在平直的公路上匀速行驶处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,
则牵引力F=f=96N,
牵引力做的功:
W=Fs=96N×17.28×103m=1.65888×106J,
电动车工作的效率:
η=×100%=×100%=80%.
力电综合计算题达标训练题及其答案解析
1.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===F×=Fv,
且匀速向上提升重物时:
F=G=mg=50kg×10N/kg=500N,
所以:
v===0.9m/s.
2.如图甲所示,某工厂要研发一种新型材料,要求对该材料的承受的撞击力进行测试.在测试时将材料样品(不计质量)平放在压力传感器上,闭合开关s,由静止自由释放重物,经撞击后样品材料仍完好无损.从重物开始下落到撞击样品的这个过程中,电流表的示数I随时间t变化的图象如图乙所示,压力传感器的电阻R随压力F变化的图象如图丙所示.电源的电压U=24V,定值电阻R0=10Ω.求:
(1)在重物下落的过程中,压力传感器的电阻是多少?
(2)在撞击过程中,样品受到的最大撞击力是多少?
答案:
(1)在重物下落的过程中,压力传感器的电阻是110Ω.
(2)在撞击过程中,样品受到的最大撞击力是600N.
解析:
由图丙所示图象求出重物下落过程电路电流,然后应用欧姆定律求出压力传感器的电阻.由图象求出最大电流,然后求出压力传感器电阻,再由图丙求出撞击力.
(1)由图乙可知,在重物没有撞击传感器的过程中,
电路中的电流I=0.2A,
根据欧姆定律:
I=U/R可知,
定值电阻R0两端的电压:
U0=IR0=0.2A×10Ω=2V
压力传感器两端的电压为:
UN=U﹣U0=24V﹣2V=22V
根据欧姆定律:
I=U/R可知,
压力传感器的电阻:
RN=UN/I=22V/0.2A=110Ω
(2)由图丙可知,撞击力最大时,电阻最小,电流最大.
又由图乙可知,最大的电流为Im=1.2A
根据欧姆定律:
I=U/R可知
电源电压:
U=Im(R0+R)
压力传感器的电阻:
R=U/Im﹣R0=24V/1.2A﹣10Ω=10Ω,
由图丙可知,此时受到撞击力:
F=600N.
3.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/N
0
50
100
150
200
250
300
350
400
电阻/Ω
550
395
275
170
90
60
40
25
5
(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===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′===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.
4.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.
5.为提倡环保,促进节能减排,鼓励使用新能源,国家税务总局等部门出台相关免征车船税优惠政策,纯电动汽车也在免税之列.
最大允许总质量
18000kg
核定载客人数
57
电动机额定功率
90kW
电动机额定电压
600V
电池容量
600Ah
一辆纯电动客车铭牌上部分参数如表格所示.某次搭载乘客时车与人的总质量为15000kg,假设车在额定功率下以20m/s的速度沿水平路面匀速行驶20min,所受阻力为车与人总重力的0.02倍,g取10N/kg.求:
(1)电动机的额定电流;
(2)该过程客车消耗的电能;
(3)该过程客车所受阻力的大小;
(4)该过程客车牵引力所做的功.
答案:
(1)150A
(2)1.08×108J(3)3×103N(4)7.2×107J
解析:
(1)I=P/U=9×104W/600V=150A
(2)W=Pt=9×104W×1200s=1.08×108J
(3)G=mg=1.5×104kg×10N/kg=1.5×105N
f=0.02G=0.02×1.5×105N=3×103N
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