力电综合计算题系列问题.docx
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力电综合计算题系列问题
力电综合题系列问题
（1）
小平同学爱好锻炼身体，在学校科技创新大赛中，他利用所学物理知识设计了一个电子拉力计（通过仪表读数显示拉力的大小），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R1间的摩擦不计）。
定值电阻R0=10Ω，ab是一根长为10cm的均匀电阻丝，阻值R1=20Ω，电源电压U=3V，电压表的量程为0～3V。
（1）作用在拉环上拉力的大小可以通过电压表示数的大小来反映，当作用在拉环上的力增大时，电压表的示数将________（“增大”、“减小”、“不变”）
（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，闭合开关后电压表的读数为_____V。
（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。
通过计算，说明开关S闭合后，当电压表指针指在2V处，作用在拉环上水平向右的拉力为多少N？
（4）若小平身边没有电压表只有电流表，试问他还能制作电子拉力计吗？
若不能请说明理由；若能，电流表应怎样连入电路？
并简要说明道理。
答案：
（1）增大
（2）1V
（3）U1=U-U0=3V-2V=1V
分析：
由题可知1cm长的电阻丝电阻为2Ω（2Ω/cm）或者表示1Ω的电阻是长度为0.5厘米（0.5cm/Ω）
∴接入电路中电阻丝的长度为，那么弹簧伸长的长度ΔL=10cm-2.5cm=7.5cm
∴由图像可知ΔL=7.5cm时F=375N（373~377同样给分）
所以作用在拉环上向右的拉力为375N
④他能制作电子拉力计，电流表应串联。
拉力增大时，R1接入电路中电阻丝的长度变短，R1的电阻变小，电流表的示数变大。
（一定的拉力对应一定的电流值）
力电综合题系列问题
（2）
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=10Ω，A为油量指示表（一只量程为0～0.6A的电流表），Rx为压敏电阻，它的上表面积为10cm2，其阻值与所受压力的变化如图乙所示，当油箱加满油时，油量指示表的示数如图丙所示。
（1）当Rx所受压力为零时，Rx的阻值为多少？
（2）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？
（计算结果保留两位小数）
（3）油箱装满油时，油对Rx的压力与压强各为多少？
答案：
（1）由图乙可得，当Rx所受压力为零时，Rx的阻值300Ω；
（2）当油箱内汽油用完时，Rx所受压力为零时，Rx＝300Ω；R总＝Rx＋R0＝300Ω＋10Ω＝310Ω；
I＝＝＝0.08A；
（3）由题意及图丙，油箱装满油时，Iʹ＝0.6A。
＝＝＝40Ω；
Rx＝－R0＝40Ω－10Ω＝30Ω；由图乙可得，此时压力F＝2.8N；
则，此时压强为p＝＝＝2.8×103Pa；
力电综合题系列问题（3）
如图甲所示，是研究小组的同学们自制的简易电子秤原理图，它利用电压表的示数来测物体的质量，托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，托盘和弹簧的质量不计，弹簧置于绝缘底座上。
不计摩擦，弹簧始终在弹性限度内，电源电压恒定。
当盘中没有放物体时，滑片P在滑动变阻器的最上端，电压表的示数为0。
当称量物体的质量时，滑片P在物体对电子秤的压力作用下向下端滑动，此过程中：
（1）变阻器连入电路的电阻＿＿＿＿＿＿，电流表的示数＿＿＿＿＿＿，电压表的示数＿＿＿＿＿＿（填“变大”“变小”或“不变”）；
（2）经研究分析得出被测物体的质量与电压表的示数满足如乙图所示的关系，这样把电压对应的质量刻在电压表的刻度盘上，就可以直接读出被测物体的质量。
若电压表的示数为1V，则被测物体的质量是＿＿＿＿＿＿kg。
答案：
（1）不变不变变大
（2）0.5
力电综合题系列问题（4）
有一种电子秤的原理如图，它主要由三部分构成：
踏板和压力杠杆ABO，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），显示重力大小的仪表（实质是电流表）。
其中AO长20cm，BO长5cm，压力传感器R的阻值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/Ω
30
27
24
21
18
15
12
…
踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计，电源电压为6V．
（1）重300N的学生站在踏板上时，双脚与踏板的接触面积为0.04m2，此时对踏板的压强为多少？
（2）电子秤开机后，没有秤量物体时压力传感器R消耗的电功率为多少？
（3）当重300N的学生站在踏板上时，通过压力传感器R的电流为_______A。
（答案保留两位小数）
（4）电子秤的电池使用较长时间后，电源电压会降低，为了保证秤量准确，则踏板触点B应向_______方向移动。
答案：
（1）
（2）解法一：
P=UI=0.2A×6V=1.2W
解法二：
（3）0.24（4）左或A
力电综合题系列问题（5）
如图甲是某电子秤的原理图，是质量表（电阻忽略不计），秤盘与压杆质量均忽略不计，电源电压10V，R0＝150Ω。
当电路中的电流大于50mA时，气电保护开关S自动断开。
图乙所示是压力传感器R的阻值随所受压力F变化的图像。
（1）图中质量表应该用＿＿＿＿表改装（填“电流”、“电压”或“电能”）。
（2）称量时，质量越大，压力传感器所受压力越＿＿＿，R的阻值越＿＿＿。
（3）该电子秤能称量的最大质量为多少？
（g＝10N/kg）
（4）在该电子秤的称量范围内，电源的最大功率为多少？
答案：
（1）电流
（2）大小
（3）电流I＝50mA＝0.05A时，电子秤称量质量最大。
此时电路总电阻R总＝＝＝200Ω；
压力传感器电阻R＝R总－R0＝200Ω－150Ω＝50Ω；
由图乙可知，当R＝50Ω时，F＝500N。
（G＝F＝500N）
电子秤称量的最大质量m＝＝＝50kg；
（4）当最大电流I＝50mA＝0.05A时，电源总功率为最大。
P＝UI＝10V×0.05A＝0.5W。
力电综合题系列问题（6）
目前小汽车已进入寻常百姓家。
如图甲所示为某汽车公司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12V，R0为定值电阻，为油量表（实际是一只量程为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的阻值与所受汽油压强的关系如下表所示（汽油的密度为0.71×103kg/m3，g取10N/kg）：
Rx所受汽油的压强值/Pa
0
426
852
1278
Rx对应的电阻值/Ω
90
50
30
10
（1）该汽车油箱是长方体形容器，底面积为0.3m2，油箱内汽油高度达到18cm时，油箱即装满，则油箱装满时汽油的质量是多少？
（2）油箱装满时，油量表的示数如图乙所示，求定值电阻R0的值。
（3）当油箱内汽油用完时，油量表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值。
（4）为了测试该汽车的油耗，将汽车油箱装满后，沿高速公路行驶300km的路程，油量表的指针向左逐渐偏转到“E”，如图丙所示，问该汽车每行驶100km消耗汽油多少升（L）（1L＝1dm3）？
答案：
（1）m＝ρV＝ρSh＝0.71×103kg/m3×0.3m2×0.18m＝38.34kg
（2）p＝ρgh＝0.71×103kg/m3×10N/kg×0.18m＝1278Pa
查表得，压敏电阻的阻值为Rx＝10Ω
I＝0.6AR总＝＝＝20Ω
R0＝R总－Rx＝20Ω－10Ω＝10Ω
（3）当油箱内汽油用完时，压敏电阻所受到的压强为0，查表可得，压敏电阻的阻值为Rx′＝90Ω
R总′＝Rx′+R0＝90Ω+10Ω＝100Ω
I′＝＝＝0.12A
（4）RE＝＝＝40ΩRxE＝RE－R0＝40Ω－10Ω＝30Ω
查表可得，压敏电阻受到的压强为p′＝852Pa
h′＝＝＝0.12m
汽油减少的体积为ΔV＝S（h－h′）＝0.3m2×（0.18m－0.12m）＝0.018m3＝18L
100km耗油体积为V0＝×ΔV＝×18L＝6L
（2013海南）．如图甲所示是某电子秤原理图．托盘与弹簧相连，滑片P固定在弹簧上并能随弹簧的伸缩上下滑动，R是一根长x0＝10cm的均匀电阻丝．空盘时，滑片P位于R的最上端，称量最大值时，滑片P位于R的最下端，R最大阻值Rm＝40Ω，电源电压恒为3V．请完成以下问题解答：
（1）图甲中的“质量表”用＿＿＿表改装；R0在电路中的作用是＿＿＿＿＿＿＿＿；
（2）空盘时，闭合开关S，电路电流为0.3A，求R0的阻值；
（3）称量最大质量时，求电路消耗的总功率；
（4）已知该弹簧压缩的长度ΔL与所受压力F的关系如图乙所示．开关S闭合后，在托盘中放入重为G的物体时（G＜50N），求R接入电路的阻值（结果用含G、x0、Rm的代数式表示）．
答案：
（1）电流保护电路（或限制电流不过大）
（2）空盘时，R0＝U总/I＝3V/0.3A＝10Ω
（3）称量最大质量时，R0与Rm串联，R总＝R0＋Rm＝10Ω＋40Ω＝50Ω
（4）由图像可知ΔL＝0.2cm/NF，
当托盘中放入重为G的物体时，弹簧被压缩长度ΔL＝（0.2cm/N）G，
由题意可知，R接入电路中的阻值与弹簧的压缩长度ΔL的关系为R＝（Rm/x0）ΔL，
即：
R＝（Rm/x0）（0.2cm/N）G＝
（2013宁德）．某物理兴趣小组探究电子磅秤的工作原理，设计图甲所示的电路，主要部件是电流表A和压力传感器R1（相当于电阻值随受到的压力大小而变化的可变电阻），压力传感器R1与受到的压力F的关系如图乙所示，秤盘和压杆质量均忽略不计。
电源电压U=12V，R2=18Ω。
求：
（1）秤盘上不放重物时压力传感器的电阻R1=30Ω，此时电流表示数是多少？
R2消耗的功率是多少？
（2）电流表示数为0.5A时，秤盘上物体重为多少牛？
答案：
（1）
（2）
由图乙可知G＝F=40N
（2013重庆B）．随着科学习技术的发展，电动自行车已成为大众化的一种交通工具，小周和他爸爸在一段平直公路上对家里的电动自行车进行了测试，若电动自行车在行驶过程中消耗的电能有75%转化成机械能，电动机的额定功率是240W，正常工作时电流为5A，求：
（1）电动机正常工作时电压是多少？
（2）小周骑着电动自行车测试时，电动自行车以额定功率在平直公路上行驶，获得了速度v随时间t变化的关系图像，如图所示，此过程中电动自行车的牵引力是多大？
（3）若测试中电动自行车一直以额定功率行驶，小周骑着电动自行车匀速经过一段平直公路需要1min，小周的爸爸骑车时受到的阻力是小周骑车时的1.2倍，小周的爸爸骑车匀速经过同一路段需要多少时间？
答案：
（1）U＝＝＝48V；
（2）P机＝ηP＝75%×240W＝180W；
牵引力F＝＝＝30N；
（3）因为电动自行车匀速直线运动，所以牵引力和阻力是平衡力。
F爸＝1.2F＝1.2×30N＝36N；
v爸＝＝＝5m/s；
s爸＝s小周＝v小周t小周＝6m/s×60s＝360m，
t爸＝＝＝72s。
（2013台州）．重力灯是英国的里弗斯设计的一款概念环保灯，如图所示。
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）
（1）重物每被举高一次，人至少对重物做功多少？
（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？
答案：
（1）解：
G=mg=20kg×10N/kg=200N
W=Gh=200N×2m=400J
（2
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