初三物理电学综合题较难.docx
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初三物理电学综合题较难
初三物理电学综合题(较难)
一、电磁学综合题
1.所以变阻器的总电阻:
。
(2019·山东中考模拟)家庭电路示意图及原理图如图所示,用电压表测得进入某用户的电压为U2=220V,如果该用户在某日18:
00~19:
00这个时间段有三个用电器同时工作,其中白炽灯标有“220V100W”、电烙铁标有“220V800W”,家中的电能表记录了这1h的用电情况(见图)。
请解答以下问题:
(1)该用户在这1h内消耗的电能有多少?
该电能表能否正常工作?
(友情提示:
要读出小数部分)
(2)空调器消耗的电功率有多大?
(3)通过用户保险丝的电流有多大?
(4)如果输电线路的总电阻(配电室到进户处)约为1.5Ω,假设配电室仅向该用户供电,要保证用户家里这三个用电器同时正常工作,配电室向线路输出的电压U1约为多少伏?
(5)若要求减少输电线损失的功率,用学过的知识分析说明可以采取的方法。
【答案】
(1)4.4kW•h
(2)能(3)3.5kW(4)20A(5)250V(6)见解析
【解析】
【详解】
(1)由如图18:
00时,电能表示数为132.1kW•h,19:
00电能表示数为136.5kW•h,
所以该用户在这1h内消耗的电能:
W=136.5kW•h﹣132.1kW•h=4.4kW•h;
三个用电器的总功率为:
;
该电能表允许接的用电器的总功率是P=UI=220V×20A=4400W
因为4400W=4400W,所以电能表能正常工作;
(2)由题电源电压220V,家庭电路各用电器并联,所以三种用电器都正常工作,
所以空调的电功率:
P空调=4.4kW-0.1kW-0.8kW=3.5kW;
(3)此时用电器的总功率:
P=4400W,
由P=UI可得通过保险丝的电流:
;
(4)输电导线与用电器是串联的,要保证用户家里这三个用电器同时正常工作,则用电器两端电压为220V;
根据
得,导线电压:
U线=IR线=20A×1.5Ω=30V,
根据串联电路的电压特点,所以配电室向线路输出的电压:
U1=U额+U线=220V+30V=250V;
2.(5)由P损=I2R知,P损和I、R有关,为保证用户的电器正常工作,I不能改变,只能减小R,两地输电线的电阻R和输电线的长度、粗细、材料有关,因两地的距离不变,只有通过改变输电线的材料,即用电阻率更小的导体材料,或者换用较粗导线来减小R达到减小输电线的损失。
(2019·江苏省锡山高级中学实验学校中考模拟)药壶主要用于煎煮药草,炖煮补品、汤料、咖啡等,其有不同档位设置,适合炖煮煎药文武火之需。
如图为一款陶瓷电煎药壶,其工作电路简化为如图所示,它在工作时,有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程,已知正常工作时,电源电压为220V,高火加热功率为500W,文火萃取功率为100W,若壶中药液的总质量为1kg,且在额定电压下煎药时,药液的温度与工作时间的关系如图所示。
(1)观察图像中高火加热过程可知:
电煎药壶在后半段时间的加热效率比前半段的加热效率____________。
上述高火加热过程中,1kg药液所吸收的热量是多少_______?
(
)
(2)分析电路可知:
当
接2,同时
断开时,电路处于文火萃取阶段,则电煎药壶在保温状态时
应接____________,同时
____________(填“闭合”或“断开”),此时电煎药壶的额定保温功率是多少瓦_________?
【答案】高3.36
J1断开80W
【解析】
【详解】
(1)在高火加热的前、后半段时间内,功率不变、时间相同,由W=Pt可知消耗的电能相同;由图3可知前半段药液温度升高的温度值小、后半段温度升高的温度值大,而药液的质量不变、比热容不变,由Q=cm
可知前半段药液吸收的热量少,由
可知,后前半段的加热效率比前半段的加热效率高;
1kg药液所吸收的热量:
Q=c药液m
4.2
J/(kg
)
1kg
(98
)=3.36
J.
当接1,同时断开时,电路中、串联,电路中电阻最大,由可知此时电功率较小,处于小功率保温状态;
(2)当
接1,同时
断开时,电路中R1、R2串联,电路中电阻最大,由P=
可知此时电功率较小,处于小功率保温状态;
3.(4)当开关都S1、S2都断开时,系统处于保温状态,此时R1与R2串联,系统连续工作10h,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,白天系统消耗的电能:
W白=
t=
×10×3600s=4.356×107J=12.1kW•h;晚上温度较低的时候,S1、S2均闭合,开启加热和照明功能,此时L与R1并联,晚上系统消耗的电能:
W晚=Pt′=5kW×12h=60kW•h,该系统每天消耗的电能:
W总=W白+W晚=12.1kW•h+60kW•h=72.1kW•h。
(2019·广东中考模拟)阅读短文,回答问题
伟大的发明---单靠重力工作的电灯
英国伦敦设计师马丁•瑞德福和吉姆•里弗斯发明了一款实用的“重力灯”。
它靠重力发电。
在灯身上挂着一个重物,重物下落时,它会拉动灯中心的一根绳子,从而启动一台发电机。
发电机把下落重物产生的能量为灯供电。
这和手描式发电装置的原理一样现在,重力灯迎来了第二代﹣“重力LED灯GL02”,其亮度相当于一个12瓦的日光灯(如图1),使用寿命可以达到200年。
“重力LED灯G02”挂大约2米高,通过拉几下珠绳把重物吊起,松开后,重物因重力的关系会慢慢下降(每秒大约2mm,如图2)。
以一系列的齿轮带保超重的物体安全地着陆地面。
当沙包落到地面时,只要将沙包再提高至原来位置,又可以继续发电。
这样就能拥有绿色、不用电池、无污染、使用“零成本、源源不断的光能。
重力LED灯的照明时间取决于安装的高度,正常情况下,安置于18米的高度,可以维持约20分钟的照明,当然你安装高度的越高。
维持时间越长。
(1)重力灯的主要构件是直流发电机,它的工作原理是_____现象。
(2)重力灯的内部结构如图3所示,使用了滑轮系统,通过向下拉珠绳把重物吊起。
重力灯利用滑轮系统的目的是_____。
(3)如果某一次使用重力灯,将质量为20kg的重物吊起到1.8m的高度释放,重物以2mm/s速度匀速竖直下降,整个过程中可使10只并联的标有“3V、10mA”LED灯正常发光。
则整个过程中重物的重力做功_____J(g=10Nkg);重力灯的能量转化效率为_____。
(4)重力灯是绿色、无污染的清洁照明工具,使用“零”成本。
但它也有不足之处,请说出使用重力灯的一点不足:
_____。
【答案】电磁感应省力且改变拉力的方向36075%悬挂的高度有一定的局限性。
【解析】
【详解】
(1)重力灯的主要构件是直流发电机,发电机的工作原理是电磁感应现象,即闭合电路中的一部分导体切割磁感线时,电路会产生感应电流;
(2)由图可知,该滑轮系统是有一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,既可以省力,又可以改变拉力的方向;
(3)重力所做的功:
W=Gh=mgh=20kg×10N/kg×1.8m=360J;
下落时间:
t=
=900s;
10只“3V、10mA”LED灯消耗的电能:
W电=10×UIt=10×3V×0.01A×900s=270J;
重力灯的能量转化效率:
η=
×100%=75%;
4.(4)使用时把悬挂在绳子末端的重物提至灯的顶端,因此悬挂的高度有一定的局限性。
同时,功率小;供电时间短;不能持续供电。
(2019·广东中考模拟)阅读材料,回答问题
“翼龙”无人机“翼龙”无人机是由中航工业成都飞机设计研究所研制的多用途无人机,是中国无人机制造领域
“当家明星”。
上表为其部分技术参数。
该无人机具备全自主平台,可广泛应用于如灾情监视、军事活动等科学研究领域。
最大飞行速度km/h
280
正常巡航速度km/h
180
最大续航时间h
20
发动机额定功率kW
75
最大载荷量kg
200
最大载油量kg
300
机身质量t
1.1
机身长度m
9.0
(1)无人机机身表面采用的复合材料受力不易形变,说明该材料的_____较大;无人机将灾情监视、军事活动等信息通过_____(选填“超声波”或“电磁波”)及时传达到指挥中心。
(2)翼龙无人机满载燃油,并以最大载荷量停在水平跑道上,此时无人机轮胎与地面接触的总面积为0.04m2.则无人机对水平跑道的压强为_____Pa,当无人机起飞后在额定功率下沿水平方向正常巡航时,所受的阻力为_____N.(g取10N/kg)
(3)活塞式发动机是无人机的核心部件,为了确保无人机的飞行速度不超过最大值,工程师给发动机装上了能控制油门大小的限速器,其简化电路如图乙所示,其中R的阻值随飞行速度的变化如图丙所示。
若电源电压为12V,R0的阻值为20Ω,当无人机达到最大飞行速度时,R0的电功率是_____W。
(电磁铁电阻不计)
(4)某次军事演习时,无人机水平向右做匀速直线运动的过程中,间隔相同时间从飞机上依次自由释放编号为①②③的三个相同物体。
不计空气阻力,则以下四图中能正确表示物体着地位置的是_____。
【答案】硬度电磁波4×1051.5×1033.2A
【解析】
【详解】
(1)无人机机身表面采用的复合材料受力不易形变,说明该材料的硬度较大,无人机将灾情监视、军事活动等信息通过电磁波及时传达到指挥中心。
(2)无人机满载燃油,并以最大载荷量停在水平跑道上时:
F=G总=G+G载+G油=(1.1×103kg+200kg+300kg)×10N/kg=1.6×104N;
水平跑道的压强:
p=
=
=
=4
105Pa;
当无人机起飞后在额定功率下沿水平方向正常巡航时,180km/h=50m/s,
由P=Fv得:
所受阻力
f=F=
=
=1.5×103N;
(3)当无人机达到最大飞行速度时,知R=10Ω,R、R0串联,
I=
=
=0.4A
P=UI=I2R=(0.4A)2×20Ω=3.2W;
5.(3)如果恒温箱的温度设定为50℃,由图乙可知,热敏电阻的阻值R1=100Ω,此时控制电路的电流I=30mA=0.03A,I=
,0.03A=
,R0=200Ω。
(2019·江苏中考模拟)阅读短文,回答问题
无人航拍机
无人驾驶飞机简称“无人机”是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
如图甲所示是目前较为流行的某型号无人航拍机,当剩余电量减为电池容量的10%时,无人航拍机会自动下降并停留地面等待充电。
表一为某型号无人航拍机的部分参数,其中的电池容量是指放电电流与放电总时间的乘积。
表一
额定电压/V
6
额定功率/W
42
电池容量/mAh
1500
工作噪音/dB
<50
遥控距离/m
200
整机质量/g
500
充电时间/min
200
电机转化效率/%
90
无人机有竖直方向的三档风力和水平方向的两档风力,其中竖直方向的升力与风叶转速的平方成正比,对应关系如表二。
产生的升力与风叶转速之比叫做动率,升力与每秒钟通过风叶空气重力之比为转力效率。
表二
风叶转速/(
)
1
1.2
1.4
升力/N
4
动率/(
)
1
(1)无人航拍机在空中悬停、飞行、降落、航拍、降落过程中,下列说法中正确的是________。
A.利用超声波对无人机进行遥控的
B.底座做得比较宽大,是为了减小无人机对地面的压力
C.工作时发出的声音不会对人的听力造成损伤
D.用镜头的焦距要尽量长一点
(2)起飞时,增大风叶的转速,使吹向下方的风量增加,增大了无人机向上的升力。
这是利用______,当风叶转速为
时,获得的向上的升力为_________N。
(3)该无人机正常工作时的电流为________A;充满电后至下一次自动充电,能够提供无人机工作的机械能为___________J。
(4)由表二数据可知,当转速为
时,无人机的动率为________
。
上述转速下,若风叶的转圈时扫过的面积为
,空气被吹动的速度为3m/s,则1min内通过风叶的空气总质量为_____kg,转力效率为__________%。
(
)
(5)光敏电阻是制作感光器材的常用元件,其阻值随受光强度的增加而减少。
在无人机的航拍镜头中,加入光敏电阻电路可自动控制进入镜头的光强度,电子镜头的透光能力随着受控电压的增加而增加。
如图乙所示,
为光敏电阻,
为定值电阻,无人机的航拍镜头中将电子镜头电路与__________(光敏/定值)电阻相并联。
【答案】C力的作用是相互的5.767
5.665.5271.8%光敏
【解析】
【详解】
(1)A.无人机利用无线电进行遥控的,而不是超声波,故A错误;
B.底座做得比较宽大,是为了无人机更容易平稳着陆,保证稳定性,故B错误;
C.工作时发出的声音小于50dB,所以不会对人的听力造成损伤,故C正确;
D.摄像机的镜头相当于一个凸透镜,其成像的原理是:
当物距大于二倍焦距时,凸透镜成倒立缩小的实像;当物距增大时,像距减小,也就是当无人机高度上升时增大了物距,这时需减小镜头与感光晶片的距离,所以焦距并非越长越好,才能拍摄到清晰的画面,故D错误。
(2)起飞时,增大风叶的转速,使吹向下方的风量增加,风给直升机一个反作用力进而增大了无人机向上的升力,这是利用力的作用是相互的原理;其中竖直方向的升力与风叶转速的平方成正比,所以可列:
F升=kr转2,对应关系如表二,当升力为4N时,转速为
,代入上式可知k=4,F升=4r转2①,所以当风叶转速为
时,代入公式①可知,获得的向上的升力为5.76N。
(3)该无人机正常工作时额定电压6V,额定功率为42W,根据P=UI可知该无人机正常工作时的电流为
;充满电后电量为1500mAh=1.5Ah,当剩余电量减为电池容量的10%时,无人航拍机会自动下降并停留地面等待充电,所以至下一次自动充电用时为
,耗时能够提供无人机工作的机械能为(电机转化率为90%):
。
(4)根据F升=4r转2,由表二数据可知,当转速为
时,无人机的升力为7.84N,又因为产生的升力与风叶转速之比叫做动率,所以动率为
;上述转速下,若风叶的转圈时扫过的面积为
,空气被吹动的速度为3m/s,则1min内通过风叶的空气总质量为
,因为升力与每秒钟通过风叶空气重力之比为转力效率,每秒钟通过风叶空气重力为所以转力效率:
。
6.心脏的平均功率:
。
(2019·广东中考模拟)为了能在黑夜中看见开关位置,小明设计了如图所示的电路。
当开关S合向b时,照明灯亮、指示灯灭,避免指示灯费电;S合向a时,照明灯灭、指示灯亮,显示开关位置。
他利用一个“10V0.1W”的小灯泡和一段电阻丝组装成指示灯,求:
(1)这个“10V0.1W”的小灯泡和这段电阻丝应该_____联(选填“串”或“并”)
(2)为使指示灯正常发光,电阻丝的电阻应为多少______?
(3)照明灯使用6小时所消耗的电能是多少________?
【答案】串联2100Ω
【解析】
【详解】
(1)小灯泡电压较小,所以需要将电阻丝与小灯泡串联分压;
(2)指示灯正常发光,则电流是:
,电阻丝需要分担210V的电压,电阻丝的电阻应为:
;
7.(4)当最大风力增加到600N时,Rx″=1Ω,总电阻减小,电流会增大,为保持电压表量程不变,则电路中的电流0.6A不变,若提高该装置所能测量的风对迎风板的最大作用力,所以可以①串联一个定值电阻,②减小电源电压。
(2019·山东中考模拟)制作电子拉力计:
现有如下器材:
一个电压恒威12V的电源;一个阻值为20Ω的定值电阻R0;一个量程为0~0.6A的电流表;一个开关;若干导线;一根长为6cm、阻值为30Ω的均匀电阻丝R1(它的阻值与其长度成正比);一根轻质弹簧,一端可以固定,另一端和金属滑片P固定在一起(P与R1间的摩擦不计),它的伸长量与受到的拉力关系图象如图乙所示。
(1)请利用上述器材制作电子拉力计,在图甲所示方框中画出设计的电路图。
(2)请推导出拉力F与电流表示数I的关系式,并在图丙所示的电流表表盘上标出拉力为10N,30N时对应的刻度值。
【答案】
(1)
(2)F=60−
;
【解析】
【详解】
(1)从电源正极依次串联定值电阻、开关、电阻丝、弹簧以及电流表,如下图所示:
(2)根据图乙可知,当拉力为40N时,弹簧的伸长量为8cm,则由F=k△L可得:
k=
=
=5N/cm;因此F与△L的关系:
F=5N/cm×△L−−−−①;电阻丝R1的阻值与其长度成正比,则由欧姆定律可得,电流表的示数为:
I=
=
=
−−−−②,联立①②可得,I=
,因此拉力F与电流表示数I的关系式为:
F=60−
;当拉力F=10N时,I1=0.24A;当F=30N时,I2=0.4A;指针在电流表刻度盘上的位置如下:
8.
(2019·河北中考模拟)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,滑动变阻器R2上标有“100Ω1A”字样。
闭合开关S后,电流表A的示数为0.5A,电压表V1的示数为10V,电压表V2的示数为6V。
求:
(1)定值电阻R1的阻值和此时滑动变阻器R2消耗的电功率P2。
______
(2)请用定值电阻来替换电阻R1,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)
【答案】20Ω;3W5Ω或20Ω,理由详见解析0.2A和0.52A,理由详见解析
【解析】
【详解】
(1)串联电路中各处的电流相等,根据欧姆定律可得R1的电阻R1=
=20Ω,
此时滑动变阻器R2消耗的电功率P2=U2I=6V×0.5A=3W;
(2)由串联电路电压的规律可知,电源电压U=U1+U2=10V+6V=16V;且变阻器允许通过的最大电流为1A,根据题意,使电表示数达到最大值,所以电流表量程只有选0-0.6A;
当电压表V1量程取0~3V时其最大值为3V,由欧姆定律得:
R=
=5Ω,
当电压表V1量程取0~15V时其最大值为15V,由欧姆定律得:
R=
=25Ω,
①定值电阻为5Ω时,电流表、电压表V1,V2的量程分别为0~0.6A、0~3V、0~15V,当电压表V2示数最大时,电流表的示数最小,此时有:
Imin1=
=0.2A,
②定值电阻为25Ω时,电流表、电压表V1的量程分别为0-0.6A、0-15V。
电压表V2示数的最大值为:
Umax2=
=12.8V<15V,所以,电压表V2的量程只能选15V。
当电压表V2的示数最大时,电流表的示数最小,此时有:
Imin2=
=0.52A。
答:
(1)R1的阻值为20Ω;R2消耗的功率为3W;