中考物理计算题解题方法全攻略综合专题41初中力电综合计算题.docx
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中考物理计算题解题方法全攻略综合专题41初中力电综合计算题
专题4.1初中力电综合计算题
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。
【例题1】（2018•泰安）某物理兴趣小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图所示。
ABO为一水平杠杆，OA长120cm，O为支点，AB：
OB=5：
1；已知报警器R0的阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如表所示。
闭合开关S，水平踏板空载时，电压表的示数为2V；当水平踏板所受压力增大，电压表示数达到5V时，报警器R0开始发出报警信号。
踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
求：
F/N
0
5
10
15
20
25
30
…
R/Ω
45
34
24
18
14
12
10
…
（1）电源电压为多少？
（2）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为多少？
（3）若电源电压变为14V，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，应在杠杆上水平调节踏板触点B的位置。
试计算说明触点B应向哪个方向移动多少厘米？
【答案】
（1）电源电压为11V；
（2）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为150N；
（3）若电源电压变为14V，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，应在杠杆上水平调节踏板触点B的位置，触点B应该向左移动8cm。
【解析】
（1）闭合开关时，压力传感器R和R报警器R0串联，电压表测报警器R0两端的电压，
由表格数据可知，当踏板空载时（F=0N），压力传感器的电阻为R=45Ω，已知R0=10Ω，电压表的示数为2V，
此时电路中的电流：
I=U0/R0=2V/10Ω=0.2A，
电源电压为：
U=I（R+R0）=0.2A×（10Ω+45Ω）=11V；
（2）报警器R0开始发出报警信号时，其电压为U0′=5V，
此时电路中的电流：
I′=U0′/R0=5V/10Ω=0.5A，
传感器两端的电压：
U传=U﹣U0′=11V﹣5V=6V，
此时传感器的阻值：
R′=U传/I′=6V/0.5A=12Ω，
由图象可知，当传感器的阻值为12Ω时，对应的压力F压=25N，
由题知，ABO为一水平杠杆，O为支点，AB：
OB=5：
1，则OB=OA/6=1/6×120cm=20cm，
根据杠杆平衡条件可得：
F压×OA=F踏×OB，即25N×6=F踏×1，
解得F踏=150N，即踏板设定的最大压力值为150N；
（3）若电源电压增大变为14V时，R0两端分得的电压增大，根据串联电路的分压特点可知，应增大压敏电阻分担的电压，保证R0两端分得的电压不变，此时就应该增大压敏电阻的阻值；
因压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以应该减小压杆对传感器的压力，由杠杆平衡条件F压×OA=F踏×OB可知，OA不变，F踏不变，所以F压和OB成正比，要减小压杆对传感器的压力，应减小OB，即把踏板触点B向左移动。
若电源电压变为14V，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警（即电压表示数仍然为5V），电路中的电流仍为0.5A；
报警时压力传感器的电阻：
R″=（U′-U0）/I=（14V-5V）/0.5A=18Ω；
由图象可知，当传感器的阻值为18Ω时，对应的压力为F压′=15N，
根据杠杆平衡条件可得：
F踏×OB′=F压′×OA，即150N×OB′=15N×1.2m，
解得OB′=0.12m=12cm；
移动的距离：
s=OB﹣OB′=20cm﹣12cm=8cm，
故触点B应该向左移动8cm。
【例题2】（2019贵州黔东南）某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度，其中R1＝2Ω是一个定值电阻，R2是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图2所示，电源电压保持6V不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为0.02m2的面承受海水压力。
（设海水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）
（1）当电流表示数为0.2A时，求压敏电阻R2的阻值；
（2）如图2所示，当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强；
（3）若电流的最大测量值为0.6A，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？
【答案】
（1）当电流表示数为0.2A时，压敏电阻R2的阻值为28Ω；
（2）当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，压敏电阻R2所在深度处的海水压强为2×106Pa；
（3）若电流的最大测量值为0.6A，则使用此方法能测出海水的最大深度是500m。
【解析】
（1）由I＝可得，当电流表示数为0.2A时电路的总电阻：
R总＝＝＝30Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，压敏电阻R2的阻值：
R2＝R总﹣R2＝30Ω﹣2Ω＝28Ω；
（2）当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，由图2可知，压敏电阻受到的压力F＝4×104N，
此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强：
p＝＝＝2×106Pa；
（3）当电流表的示数I′＝0.6A时，使用此方法能测出海水的深度最大，
此时电路的总电阻：
R总′＝＝＝10Ω，
此时压敏电阻的阻值：
R2′＝R总′﹣R2＝10Ω﹣2Ω＝8Ω，
由图2可知，压敏电阻受到的压力F′＝10×104N，
此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强：
p′＝＝＝5×106Pa，
由p＝ρgh可得，使用此方法能测出海水的最大深度：
h＝＝＝500m。
1．（2019江苏南京）在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为18V，电阻箱最大阻值为999.9Ω．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过10mA会报警，超过20mA会损坏。
压敏电阻Rx在压力不超过800N的前提下，其阻值随压力F的变化规律如下表所示。
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻Rx/Ω
580
560
540
520
500
480
460
…
（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？
（2）在压敏电阻Rx所受压力不超过800N的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？
（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过200N时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：
①电路接通前，滑动变阻器滑片P置于b端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为 Ω；
②将开关向 端（填数字）闭合，调节 ，直至 ；
③保持 ，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。
（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过700N时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为 V即可。
【答案】
（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是0.36W；
（2）在压敏电阻Rx所受压力不超过800N的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于1540Ω；（3）①500；②2；滑动变阻器的滑片P；报警器报警；③滑动变阻器的滑片P位置不变；（4）16。
【解析】A.知道电路的最大电流和电源电压，根据P＝UI求出功率。
B.从表格数据知，压敏电阻每增加50N，电阻减小20Ω，求出压力为800N时的电阻，知道电源电压和报警时的电流求出电路总电阻，根据电阻的串联求出滑动变阻器的最大阻值至少为多少。
C.进行报警器调试时，
第一，确定设定的压力。
第二，在表格中找到压力对应的电阻，让电阻箱调到压敏电阻设定压力的电阻值，电路接通2时，滑动滑动变阻器的滑片，使电路电流为报警电流0.01A，此时可以计算滑动变阻器此时的电阻。
第三，保持滑动变阻器的滑片位置不变，用压敏电阻代替电阻箱，电路接通1，电路即可正常报警。
D.由表格计算压敏电阻700N时的电阻，此时滑动变阻器的电阻不变，求出电路总电阻，知道报警电流，可以求出电源电压。
（1）由题知，电源电压为18V，电路中最大电流为20mA＝0.02A，
则报警电路允许消耗的最大功率：
P最大＝UI最大＝18V×0.02A＝0.36W；
（2）报警时电路中的最小电流是10mA＝0.01A，由欧姆定律可得，此时报警电路的总电阻为：
R总＝＝＝1800Ω，
由表格数据可知，压敏电阻受到的压力每增加50N，其电阻会减小20Ω，
则压敏电阻受到的压力为800N时，其阻值为：
RX＝580Ω﹣×20Ω＝260Ω，
所以，滑动变阻器的最大阻值至少为：
R滑＝R﹣RX＝1800Ω﹣260Ω＝1540Ω；
（3）①由表格数据可知，压敏电阻受到的压力达到200N时，其对应的电阻值RX'＝500Ω。
②为使报警电路可正常使用，应先让电阻箱调到压敏电阻达到设定压力时的电阻值500Ω，再将开关向2端闭合（电阻箱与滑动变阻器串联），调节滑动变阻器的滑片，使电路中的电流为报警电流0.01A，报警器报警。
此时滑动变阻器的阻值：
R滑'＝R总﹣RX'＝1800Ω﹣500Ω＝1300Ω；
③保持滑动变阻器滑片P位置不变，将开关向1端闭合，压敏电阻和滑动变阻器串联，电路即可正常报警。
（4）对（3）中已调试好的报警电路，滑动变阻器的电阻不变，即R滑'＝1300Ω，
因压敏电阻受到的压力每增加50N，其电阻会减小20Ω，
则压敏电阻受到的压力为700N时，其阻值为：
RX″＝580Ω﹣×20Ω＝300Ω，
此时电路的总电阻：
R总′＝R滑'+RX″＝1300Ω+300Ω＝1600Ω，
此时电源电压应为：
U′＝IR总′＝0.01A×1600Ω＝16V。
2．（2019山东枣庄）节能减排，绿色环保，新能源汽车成为未来汽车发展的方向。
某种型号纯电动汽车的部分参数如表：
空车质量
1380kg
最大功率
100kW
轮胎与地面总接触面积
0.032m2
最高时速
120km/h
电池容量
42kw。
h
最大续行里程
260km
假如汽车上只有司机一人，质量为60kg，汽车以60km/h的速度匀速行驶36km，耗电9kW•h，汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍。
g＝10N/kg，试问：
（1）电动机的工作原理是 （选填“电流的磁效应”、“磁场对电流的作用”）电动汽车前进和倒退是通过改变 来改变电动机的转动方向的。
（2）电动汽车对水平地面的压强是多少？
（3）电动汽车牵引力所做的功是多大？
（4）电动汽车电能转化为机械能的效率是多大？
【答案】
（1）磁场对电流的作用；电流的方向；
（2）电动汽车对水平地面的压强为4.5×105Pa；
（3）电动汽车牵引力所做的功为2.592×107J；
（4）电动汽车电能转化为机械能的效率是80%。
【解析】
（1）电动机的工作原理是磁场对电流的作用；
电动汽车的前进和倒车时，要改变电动机的转动方向，而电动机的转动方向与电流和磁场方向有关，而改变电流方向更为方便；即改变通电导体的电流电动汽车前进和倒退是通过改变电流的方向来改变电动机的转动方向的。
（2）电动汽车对水平地面的压力为：
F＝G＝（m1+m2）g＝（1380kg+60kg）×10N/kg＝1.44×104N；
电动汽车对地面的压强为：
p4.5×105Pa；
（3）电动汽车匀速行驶，所以牵引力与阻力平衡，
则电动汽车受到的牵引力为：
F＝f＝0.05G＝0.05×1.44×104N＝720N；
则电动车行驶60km，牵引力做的功为：
W＝Fs＝720N×36×103m＝2.592×107J；
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