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初中科学竞赛辅导《电学》经典计算20题有答案

初中科学竞赛辅导《电学》经典计算20题

1、手机、数码相机等电器中多使用可充电电池,电池上所标的”电压"和"容量"是两个重要参数。

容量的单位通常为”毫安时"(符号mA-h)。

某种可充电电池所标的电压是1.2V,容量是1300mA-h,请估算这种电池可储存的电能。

2、在电阻值为1欧、2欧、3欧、4欧的四根电阻丝中,选择恰当的电阻丝进行最简单的连

接,制成一个电热器。

将它接到24V的电源上,给1.6千克的水加热,若只有50%勺热量被

水吸收,可以在14分钟里使水温升高45C,那么应当选用哪几根电阻丝?

如何连接?

3•李明同学家要买一个烧水用的水壶,超市里有两种容积相同但品种不同的铝质水壶可供

选购,一种是放在液化气灶上用的,另一种是壶内装有电热器的,如图所示。

李明想比较哪

一种水壶烧水更省钱。

他首先进行了调查,得到如下资料、当地居民用电的价格是0.5元/

度;瓶装液化气的价格是60元/瓶(每瓶中液化气的质量约为15kg,液化气的热值为4.2

X107J/kg);用液化气烧水的热效率约为30%用电热水壶烧水的热效率约为90%。

根据

以上信息,请你通过计算分析一下用哪种水壶烧水更省钱。

4、有一种测量人的体重和身高的电子秤,其测体重部分的原理图如图中的虚线框所示,它

主要由三部分构成:

踏板和压力杠杆ABQ压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化

的可变电阻),显示体重大小的仪表A(实质是电流表)。

其中AO:

BO=5:

1,压力传感器只表面能承受的最大压强为2X106Pa,且已知压力传感器R勺电阻与所受压力的关系如下表所

示。

压力F/N

0

50

100

150

200

250

300

...

电阻R/Q

300

270

240

210

180

150

120

・・・

设踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.68V,

取g=10N/kg。

请回答:

(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘多少毫安处?

(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20mA这个人的体重是多少?

(3)若压杆与压力传感器之间的接触面积是2cm2,则该秤的最大称量值是多少?

5、为锻炼身体,小明利用所学科学知识设计了一个电子拉力计,图

甲是原理图。

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R间的摩擦不计)。

定值电阻F0=5Q,a、b是一根长为5cm的均匀电阻丝,阻值Rb=25Q,电源电压U=3.OV电流表的量程为O〜0.6A,当不拉拉环时,金属滑片P刚好处于a端.已知该弹簧伸长的长度厶L与所受拉力F间的关系如图乙所示。

(1)小明在电路中连入的目的是

(2)从图乙可知,弹簧伸长的长度△L与所受拉力F间成。

(填正比或反

比)

(3)小明将电流表的表盘改为拉力

计的表盘,当不拉拉环时,拉力计表盘上的零刻度应标在电流表表盘的

A处.

(4)通过计算说明,电流表表盘的

0.6A处应标多少牛?

6•近年来,我国汽车工业发展迅猛,各种新型汽车不断投放市场。

它们均使用汽油做燃料并符合国际排放标准。

如图(甲)所示为某新型汽车自动测定油箱内油面高度的电路原理图,其中电源电压恒为6V,甩为定值电阻,A为油量指示表(实质是一只量程为0〜0.6A的电流表),Rx为压敏电阻(其电阻值随电阻表面受到的液体压强增大而减小)。

关于压敏电阻

Rx的阻值与所受液体压强的对应关系如下表所示:

p汽油=0.71x103kg/m,取g=10N/kg

Rx所受液体压强值/Pa

0

1420

2840

4260

5680

Rx对应的电阻/Q

45

27

15

5

2.5

(1)油箱是圆柱形容器,底面积为0.15m2,油箱内汽油高度达到60cm时油箱即装满,油箱装满时,油量指示表的示数如图(乙)所示。

当油箱内汽油用空时,油量指示表的指针指向某一位置,求此位置所对应的电流值。

(2)为测试该汽车的油耗,将汽车油箱装满后,沿高速公路行驶300km路程,油量指示表

俩)忆}

的指针从"满”处向左逐渐偏转到"E”处,如图(丙)所示,问该汽车每行驶100km消耗汽

油多少升?

 

7、如图所示的电路中,电源电压U恒定且小于10伏,R=15欧,滑动变阻器的最大值为20

欧,小灯泡的电阻R-

0.2;当开关S闭合时,滑动变阻的滑片位于a端时,电流表的示数为1安,且小灯泡正常

发光,求小灯泡的额定功率。

(灯丝电阻恒定)。

8、AB和CD是完全相同的两条带有绝缘皮的导线,它们并行地埋设在相距2km的甲、乙两

地之间.由于两导线之间某处的绝缘外皮受到损伤,而发生了漏电现象(即相当于两根导线

之间在漏电处连接了一个电阻•为了确定漏电处的位置,维修人员做了以下测量:

(1)在甲地将两端电压恒为90V的电源的两极分别接在A、C两端,此时在乙地用内电阻很大的电压表测得B、D两端电压为72V.

(2)在乙地将两端电压恒为100V的电源的两极分别接在B、D两端,此时在甲地刖同’型号的电压表测得AC阳端的电压为50V.

如果AB和CD导线每千米电阻值为2Q,请你根据以上测量结果计算漏电处距甲地多远?

绝缘皮破损处的漏电电阻是多大?

9、小李想利用实验室提供的器材测量某未知电阻R(阻值约为500Q)的阻值,实验室提

供的器材有:

电压为9V的理想电源、滑动变阻器R(100Q,2A)、电流表(量程为0〜0.6A,分度值为0.02A)、电压表(量程为0〜6V,分度值为0.1V)各一个,开关两只Si和S,导线若干。

小李设计了如下图所示的电路进行测量,你认为他能否测出未知电阻R的阻值?

请计算分析说明。

10.下表为某同学家中一品牌洗衣机所用的电动机的工作参数:

名称

额定电压

(伏)

频率(赫)

工作电流

(安)

电阻(欧)

洗涤电动机

220

50

20

脱水电动机

220

50

0.8

18

其中,洗涤电动机的工作电流已模糊不清,他想用所学知识把它测出来。

于是,他将家中的

其它用电器都关闭,只让洗衣机工作。

洗衣机工作时,经过进水、洗涤、排水、脱水等程序。

洗衣机洗涤时,洗涤电动机要经历正转、停、反转的过程,其时间分配如图(单位:

秒)。

同学测得一次洗衣服的全过程中,洗涤时间为14分钟,脱水时间为2分钟,标有“3000r

/kwh”的电能表表盘恰好转过了84圈。

则:

I**丁_|

LP

1+30*

正转停反转停正转

(1)不考虑进水、自动排水时控制系统和指示灯的耗电,一次洗衣的全过程大约消耗多少

电能?

(2)洗涤电动机的工作电流是多少?

11.如图甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图,其中电源两端的电压恒

为24V,R0为定值电阻,A为油量指示表(一只量程0〜0.6A的电流表),Rx为压敏电阻,它的上表面受力面积为10cmt其阻值与所受压力的对应关系如图乙所示•油箱的上下两部

分皆为长方体形状,下部分的横截面积为20dm2,高为2dm,上半部分的横截面积为10dni,

油箱加满油时油的总体积为60dm*.当油箱装满油时,油量指示表的示数如图丙所示.已知:

P汽油=0.7x103kg/m3,取g=10N/kg.

(1)当油箱内汽油用完时,油量指示表的指针指向某一位置,求此位置所对应的电流值是

多少?

(2)若汽车在高速公路匀速行驶400km,油量表由满刻度指向满刻度的四分之一位置,求该汽车行驶100km消耗汽油多少升?

(3)

12.如图所示是一种常见的台式饮水机结构

红好Q

温控开关

辣灯

在上面第

(2)问所述的行驶过程中发现,油量表的示数在开始运动的一段时间内变化较快,而后来一段时间内变化较慢,请解释其中的原因.

剖面图,控水槽内浮体A与阀门C固定相连,当A恰好浸没时阀门C关闭,A来浸没时C略有下降,桶内水流入控水槽中。

已知桶内水位高40厘米,阀门C横截面积1厘米2,不计A、C本身重力、大气压和热量损失,问:

(1)控水槽内保持一定水位,浮体A的最小

体积应为多大?

(2)若热胆中储水1千克,由电热管加热,

要求在10分钟内把水从20C加热到100C,则电热管的电功率为多大?

(3)饮水机的电路如图乙,水沸腾前,红灯亮、绿灯灭、加热管正常工作;水沸腾后,绿灯亮、红灯灭、加热管不工作。

试分析温控开关1和2在水沸腾前后通断情况以及红绿指示灯电阻R红、R绿应满足的条件。

13、如图甲,电磁继电器和热敏电阻R等组成了恒温箱控制电路,Ri处于恒温箱内,电源电

压U=6V继电器线圈的电阻可不计•图乙为热敏电阻的R-t图象,且已知在50〜150C范

围内,热敏电阻的阻值随温度的变化规律是:

Rit=常数;电阻R2是可变电阻,当线圈中的电

流达到40mA时,继电器的衔铁被吸合,此时可变电阻R>=0Q时,恒温箱可保持60C恒温,

图甲團&

图中的“交流电源”是恒温箱加热器的电源,它的额定功率是1500W

(1)60C时,热敏电阻R的阻值是多少?

(2)应该把恒温箱的加热器接在A、B端还是CD端?

50次,每次加热10min,恒温

(3)根据统计,正常情况下,恒温箱内的加热器,每天加热

箱每天消耗电能多少kw?

h•

(4)如果要使恒温箱内的温度保持100C,可变电阻R2的阻值应调为多少?

14.为了推进环保和节能理念的实施,某公司开发生产了“风光互补路灯”,该路灯只需要

晒晒太阳吹吹风就能工作,如图I所示.它在有阳光时通过太阳能电池板发电,有风时通过

风力发电机发电,二者皆备时同时发电,并将电能输至蓄电池储存起来,供路灯照明使用.为

了能使蓄电池的使用寿命更为长久,一般充电至90%左右即停止,放电余留20%左右即停止

电能输出.

下表为某型号风光互补路灯系统配置方案•问:

风力发电机

太阳能电池组件

最小启动风速

1.0m/s

太阳能电池

36W

最小充电风速

2.0m/s

太阳能转换效率

15%

最大限制风速

12.0m/s

蓄电池

500A.h12V

最大输出功率

400W

大功率LED路灯

80W-12V

(1)当风速为6.0m/s时,风力发电机的输出功率将变为50W在这种情况下,将蓄电池的

电量由20%充至90%需多长时间?

(2)如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m,要想太阳能电池

的最大功率达到36W太阳能电池板的面积至少要多大?

(3)若遇到阴天无风的天气,仅靠蓄电池供电,最多可供灯具正常发光多长时间?

15•如图是小敏设计的一个电热毯模拟电路。

其中S3是一个单刀双掷开关(三个接线柱,C

接线柱可与A接线柱连接,或与B接线柱连接,但只能在AB之间连接其中一个),R和

F2是发热电阻,电源电压是6伏保持不变。

(1)判断该模拟电路有几挡发热状况,以及相应的(不计不发热状况)开关状况。

若四只转向灯都用“6V、10W的灯泡,

D用“6V、1.5W'的灯泡,电源两端电压为

6V。

通过计算说明,为什么把S拨至1、2的任何位置时光,而左、右转向灯不同时发光?

D灯都会发

外界发出右转信号,同时D灯闪亮,向驾驶员显示转向灯正常工作。

左转时道理与右转一样。

(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积•设空气密度为p,气

流速度为v,风轮机叶片长度为r.求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm.(已知质量为

m,速度为v的物体的动能为1/2mv2)

(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比.某风力发电机在风速V1=9m/s时能够输出电功率P1=540kW我国某地区风速不低于V2=6m/s的时间每年约为5000小时,试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时?

出力it■帆示£圈

17.小明家新买了一个100瓦的电热毯,他想用伏安法测量电热毯的电阻值,于是连接了如

箱、发电机等,如图所示.

19、在下图所示的电路中,电源电压保持不变,滑动变阻器R上标有“100Q1A”字样•

闭合开关S后,电流表A的示数为0.5A,电压表Vi的示数为10V,电压表V2的示数为6V.求:

1定值电阻R的阻值.

2此时滑动变阻器F2消耗的电功率P2.

3请用定值电阻来替换电阻F,并选择合适的电表量程.要求:

在不更换

电表量程的情况下,移动变阻器的滑片P,使所有电表的示数都能达到

各自的最大值,且电路能正常工作.

第一,符合上述条件的所有可能的定值电阻阻值:

第二,满足上述要求时,电流表示数的最小值,(写明必要理由)

20、如图是一个暗箱,盒内有一个电压为18伏电池组、二个电阻和若干根导线组成的电路。

盒内电路分别跟盒外A、B、C、D四个接线端,若用电流表测量各接线端之间的电流,结果发现:

当把电流表接在AC两端时,它的示数为0.6安;当把电流表接在AB两端时,它的示

数为0.9安;当把电流表接在CDBCBD两端时,它的示数为0。

根据上述测量结果,完

成下列要求:

(1)在图上画出能表示盒内电路连接情况的电路图,并求出两个电阻的阻值;

(2)

灯泡连接到AC之间时,灯泡L消耗的电功率是多少;

如果AB在之间连接一个小灯泡L,则5分钟内电流通过灯泡做的功是1215焦,则此

(3)如果在AC之间连接一个最大阻值为20欧的滑动变阻器,

移动滑动变阻器滑片使变阻器上消耗的电功率为最大,求此时

变阻器接入电路的电阻值和最大电功率。

1.解析:

从容量单位的组成看,它是放电电流与放电时间的乘积。

理论上,这种电池应该能

够以1300mA的电流放电Ih.。

放电功率为:

P=IU=13X12W=156W

放电1h释放的能量:

E=Pt=l.56WX3600s=5.6X10J

答案:

这种可充电电池可以储存的能量大约是5.6千焦。

2.解析:

水吸收的热量Q吸=Cn^t=4200焦/千克•°CX1.6千克X45C=302400J

电热器产生的热量Q放=302400J/50%=604800J

功率p=Q放/t=604800J/840s=720W

22

电阻R=U/P=(24V)/720W=4/5Q

要得到4/5Q的阻值可以将1欧与4欧并联即可。

3.解析:

由题意可知,1元钱可购得2度电或15kg/60=0.25kg液化气。

消费1元钱用电烧水得到的有效热量为:

2X3.6X106JX90%=6.48X106J

消费1元钱用液化气烧水得到的有效热量为:

0.25kgX4.2X107J/kgX30%=3.15X106J

消费1元钱用电烧水比用液化气烧水得到的有效热量更多,可见用电热水壶烧水更省钱。

(其他解法也可)

4.

ifhH-iBA

Ii-=——(A>

由杠杆原理得:

FbXBO=FaxAO

踏板

解析:

(1)I=U/R=4.68/300=15.6mA

(2)R=U/l=4.68/0.02=234Q

对A的压力Fa=(300-234)X5/3=110N

Fb=550N/•m=55kg

6—4

(3)Fa=PaS=2X10X2X10=400N

Fb=5Fa=2000N

/•m=200kg

5.解析:

(1)防止电流过大而烧坏电流表(或答保护电路)

(2)正比

(3)I=U/(R)+Rab)=3.OV/(5Q+25Q)=0.1A

(4)当电流为0.6A时变阻器连入电路中的电阻为:

R=R总—R?

=LFI—R)=3V/0.6A—5Q=0Q

电阻线长度的改变量为:

5cm,由图象可知拉力F=250N

6.解析:

(1)油箱空时宀°,对应凡」5口

电路电阻=45Q+5Q=50D电路中的电流_氏_50Q

1/6卩

兀-5□-15Q

查表对应汽油压强值为2840Pa

2告“

此时汽油深度

消耗汽油体积

礪0.71xIO3^/^3lOTY/te

Z=x(0.^-014^)=0,03^^=30£

100km耗油体积

7.解析:

当S断开,P滑到b端时,灯与滑变最大值串联,此时灯的电阻:

RL=U/0.2A-20Q

(1)式

当S闭合,P滑到a端时,灯与R1并联,小灯泡正常发光,此时灯的电阻:

RL=U/(1-U/15Q)

(2)式

(1)、

(2)式可解得:

Ui=10V(舍去),U2=6V,R=10Q

灯的额电功率为P=UI=6VX(6V/10Q)=3.6W

8.

甲90V

材IR

A

iMiVi

解析:

根据题意画等效电路图,如图答1、图答2所示.

 

因为已知每1km导线的电阻为2Q,所以2km导线的电阻为4Q,设MN为漏电处,漏电电阻

 

1当滑片在最左端时,lma<=U/R<=9V/500Q==0.018Av0.02A,读不出电流值;

Urx=9V>6V,超过电压表量程;

2当滑片在最右端时,lmin=U/(R+R)=9V/600Q=0.015Av0.02A,仍读不出电流值;

URx'=9X5/6V=7.5V>6V,超过电压表量程。

综上所述,此电路图不能测出R<的阻值.

10.解析:

(1)消耗的电能为:

W=84/3000千瓦时=0.028千瓦时

⑵洗涤时用电时间为720秒

脱水时消耗的电能为:

Wk=UI脱t脱=220伏X0.8安X120秒=21120焦

洗涤时消耗的电能为:

6

W洗=W-W脱=0.028X3.6X10焦-21120焦=79680焦

洗涤的洗涤的工作电流:

I洗=W洗/Ut洗=79680焦/(220伏X720秒)=0.5安

11.

(1♦抽箱装满时,下半部分容积

上半部分容积『=:

¥・忙于&:

50)%TXX

上半部分肓度hf二E苫W[十=0一加:

汽油的深^h=h.+K=O-2m+o.2^=0.4mj

汽油对压倉电阻的压强:

p二丐==*OTXLOW/kgX0.4m=2SXIO3?

^^

汽油刘压敏电阻的压力F=p£=2.8XlO'PiXiaxlttTV=2.8J1>

由圍乙可知此时R/=3DC・

由题意可得乩=寻^兀=^务盘-卸炉1曲;

汽抽用完时.曲怪]乙可帅R'g別口。

通过油基表的电硫Fur=lot^^oon=c-09A'

ViEF一i_T~

咨:

当油箱内汽油用完时>对应的电流值是匚OBA・

C2)油量表指向満刻度的冶置时,邇过油量表的电流I.-^XO6A=0.15札*

此时压敏电阻阻佰計K=i'■-VOH^A"10-=150-;

3*

由團乙可知■汽油对压皴电阴的压力『'=0V

E*n7Wr

此时汽油对压靈电阻的压强十=^-=―=7X10"P.;

s10>il0-m-*

盘抽糅度h二一==0.讣:

«=SO.7KlO^Wm^XlOH/ke

乘际汽油悴狗lm=£X-,

汽车行驶MCHnnj肖耗汽油的俸积色V=6X10X10'入=也X10'^—40L.

i宴汽车行驶IDClfcn消耗汽油的诵积拥监X1001ffli=10L;

答:

该汽车订驶lUClkm消耗汽油W升*

3)因油箱上部横截面积较小,消耗相同体积的汽油,上部的液面高度变化较大,导致汽油对压敏电阻的压力变化较快,所以电流表示数变化较快,也就是说油量表变化比较快.

11.解析:

(1)浮体A具有最小体积的条件是:

浮体A刚好浸没在水中时受到向上的浮力跟阀

门C受到水向下的压力相等,桶口处的水压为:

p=p水gH=1(f千克/米3X10牛/千克X0.4米=4X103帕

C受到的水的压力为:

342

F=pS=4X10帕X10-米=0.4牛

则F浮=F=p水gV排得V=4X10-5米3即浮体A的最小体积为4X10-5米3

(2)水应吸收的热量:

Q=cm(t-to)=4.2X103焦耳/(千克「C)X1千克X(100—20)C=3.36X105焦

因热量全部由电能提供,即W=Q=Pt

所以P=W/1=3.36X10焦/600秒=560瓦

(3)开关1和2在水沸腾前同时闭合,在水沸腾后同时断开

R红<

12.解析:

(1)因为,可变电阻R>=0Q,电流是40mA电压6V,所以,R=U/I=6V/0.04A=150Q

(2)由图可知,热敏电阻R的阻值随温度的升高而减小,可见温度越高,电路中的电流越大,当电流达到40mA时,继电器的衔铁被吸合,电路应当断开,所以应该把恒温箱的加热器接在A、B端.

(3)t=600sX50=30000s,所以,恒温箱每天消耗电能W=Pt=1500W30000s=12.5kw?

h.

(4)Rt=常数,所以,当温度是100C时,150QX60C=RX100C,R1=90Q,

R总==6V/0.04A=150Q

所以,电阻Rz的阻值,F2=R总-R1=150Q-90Q=60Q.

13.解析:

(1)蓄电池的容量:

W=12X500A?

hX(90%-20%=12VX500AX3600sX(90%-20%=1.512X107J;

需要的时间:

t=W/P=1.512XI07J/50W==302400s=84h;

(2)电池板面积:

S=P时nP辐=36W/240W/mX15%=1m;

(3)为了能使蓄电池的使用寿命更为长久,一般充电至90%左右即停止,放电余留20%左右即停止电能输出,与

(1)蓄电池的电量由20%^至90%相符,即蓄电池的容量相等,故可供

灯具发光时间:

7

t灯=W/P灯=1.512X10J/80W=189000s=52.5h.

答案:

(1)将蓄电池的电量由20%充至90%需84h;

(2)太阳能电池板的面积至少要1甫;

(3)最多可供灯具正常发光52.5h.

14.解析:

(1)共有4挡:

1幵餐蜀超合.开关备接a推找柱,備和島井联*电跻功

2卄元备闭含卜创斷丿x騎按日按找匕和覘串联,电歸功率竝小:

㉚开关斯聞含,场斷开”%接直按域柱,只R.功

④”关S2闭合.戲按H接线柱,只氐发热,功率较大.

(2)由

(1)分析可知:

P大=U/R并得R并=U>/P大=(6V)/5W=7.2Q

P小=U/R串得R串=U>/P小=(6V

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