精品试题20届中考物理压轴培优练专题20电力综合解析版.docx
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精品试题20届中考物理压轴培优练专题20电力综合解析版
压轴专题20电力综合
.计算题(共12小题)
(2018?
南京)在综合实践活动中,科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置,如图甲所示,电源电压恒为16V,R0为定值电阻,L为额定电压是2.5V的小灯泡,其I-U关系的部分数据如图乙所示,AB为长14cg阻值60◎粗细均匀的电阻丝(电阻丝的阻值与长度成正比),OW质量、电阻均不计的金
属细杆,下端连接一个重2N的圆球P.闭合开关S,无风时,OP下垂并与A端接触,此时电流表示数为0.2A;有风时,OP绕悬挂点O转动,风对球的作用力F方向始终水平向右,已知OA为10cm,OP始终与AB接触良好且无摩擦;求:
(1)电流表示数为0.2A时,灯泡的电阻为5Q;
(2)无风时R0消耗的电功率。
(3)为保护电路,允许风对球施加的最大作用力。
甲乙
【答案】:
(1)5;
(2)无风时R)消耗的电功率为0.6W。
(3)为保护电路,允许风对球施加的最大作用力为1.4N。
【解析】:
(1)由图可知,灯泡、定值电阻R和电阻丝串联;
因串联电路电流处处相等,所以,当电流表示数为0.2A时,通过灯泡的电流为0.2A,
由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V,
_U_UL_IV_
则根据IR可得,灯泡的电阻:
RL/°,245Q;
(2)无风时,OP下垂并与A端接触,电阻丝接入阻值最大为60Q,
U
根据IR可得,电阻丝两端的电压:
Ua-IRaa0.2AX60Q=12V,
根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得,R两端的电压:
U0=u-UL-UAb=16V-1V-12V=3V,
则此时R)消耗的电功率:
P0=U0I=3VX0.2A=0.6W;
_U_yo_3V_
(3)根据IR可得R0的阻值:
舟『82415Q;
由于灯泡的额定电压为2.5V,则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流,由图乙可知最大电流为I'
=0.3A,此时风对球的压力最大,OP绕。
转动的角度最大,设此时OP与AB的接触点为C,
则根据欧姆定律可得,R)两端的电压:
U0'=I'R=0.3AX15Q=4.5V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以RBc两端的电压:
UBc=UI-U额—U0'=16V-2.5V—4.5V=9V,
_u
根据IR可得此时电阻丝连入电路的电阻:
_ubc^9y_
RBcr03430q;
BC_^BC
由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比,则:
AB%,
_Rrc3011
—■XV
--X
所以,BC•二,AB:
〕,,*14cm=7cm,贝UAC=AB-BC=14cm-7cm=7cm,
如右图,把OPffl为一根杠杆,F的力臂为ODG的力臂等于PD根据杠杆平衡条件可得:
FX。
氏GXPD,
FPD则:
G0D.
由于△OASAODF?
根据相似三角形的知识可得:
PDACOD~OA
FAC所以,GOA
AC7cm
=xC=x
则:
F10cm2N=1.4N。
2.(2019?
河南)某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15V,定值电阻R0=10Q,
R为一竖直固定光滑金属棒,总长40cm,阻彳1为20◎,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。
弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与Ri接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。
圆柱体M通过无伸缩
的轻绳挂在弹簧下端,重80N,高60cm,底面积为100cm2.当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中,此时滑片P恰在R最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。
已知弹簧所受拉
力F与其伸长量△L的关系如图乙所示。
闭合开关S,试问:
(1)当水位下降时,金属棒接入电路的长度减小,电压表示数减小。
(两空均选填“增大”或
“减小”)
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为多少?
(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了多少?
电压表的示数变化了多少?
(已知P水=1.0xI03kg/m3,g取10N/kg)
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为10V;
30cm;电压表的示数变化了
(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了
(1)当水位下降时,M所受的浮力减小,弹簧的拉力增大,弹簧的伸长量增大,滑片P向下移动,金属
棒接入电路的长度减小;
则Ri接入电路的阻值减小,根据串联分压特点可知,Ri两端的电压减小,即电压表示数减小。
(2)当水位处于位置A时,滑片P在Ri最上端,此时Ri=20Q,
根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻:
R=FO+Ri=10Q+20Q=30Q,
电路中的电流:
I口0.5A,
U
由IE得,Ri两端的电压:
u=|Ri=0.5AX20Q=10V,即电压表示数为10V。
(3)当水位处于位置A时,M刚好浸没,排开水的体积:
V排=V=Sh=i00cn2x60cm=6000cm3=6x103mi,
则M受到的浮力:
F浮=p水gV排=1.0X103kg/m3x10N/kgX6X103n3=60N;
则弹簧受到的拉力:
F1=G-F浮=80N-60N=20N,
由图乙可知,当Fi=20N时,弹簧的伸长量△Li=10cm;
当水位降至位置B时,M的下表面刚好离开水面,所受浮力为零,
则此时弹簧受到的拉力:
F2=G=80N,
由图乙可知,当F2=80N时,弹簧的伸长量△L2=40cm;
所以,水位由位置A降至B这一过程中,弹簧的长度增加量:
△L=AL2-AL1=40cm-10cm=30cni
当水位降至位置B时,R接入电路的长度:
L=L总-△L=40cm-30cm=10cm,
片,L=_
因为R接入电路的阻值与对应的棒长成正比,即:
&%
Ly10cm
—X=*
所以,此时R接入电路的阻值:
Ri''总R40cm20Q=5Q,
_U_15V_
ra.d'lOfi+511
此时电路中的电流:
「011A,
_u
由IR得,此时Ri两端的电压:
U'=1'R'=1AX5Q=5V,即此时电压表示数为5V,
所以,电压表的示数变化量:
△U=U-U'=10V-5V=5V。
2.
3.(2019?
重庆)图甲的储水容器底有质量0.5kg,底面积100cm的长万体浮桶,桶上端通过轻质弹簧与紧
贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连,距容器底0.4m处的侧壁有排水双控阀门。
控制电路如图乙所示,其电
源电压Ul=12V,R=10Q,当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水。
力敏
电阻R与它所受压力F的对应关系如下表所示(弹簧均在弹性限度内)。
求:
压力F/N
2
4
12
15
电阻R/Q
110
70
16
10
(1)浮桶的重力是多少N?
(2)未加水时,力敏电阻所受压力为2N,电流表的示数是多少安?
(3)当容器内的水深达到多少米时,双控阀门才打开排水?
【答案】:
(1)浮桶的重力为5N。
(2)未加水时,力敏电阻所受压力为2N,电流表的示数是0.1A。
(3)当容器内的水深达到0.6米时,双控阀门才打开排水。
【解析】:
(1)浮桶的重力:
G=mg=0.5kgxi0N/kg=5N。
(2)由表格数据知,力敏电阻所受压力为2N时,力敏电阻的阻值为110Q,
电路的总电阻:
R总=R+R=10Q+110Q=120Q,
_U_12V_R2120(1电流表的示数:
I总0.1A;
(3)当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水,
_U_12V_
此时电路中的总电阻:
R总'r°,6420Q,
此时力敏电阻的阻值:
R'=R总'一品=20Q-10Q=10Q,
由表格数据知,此时力敏电阻所受压力为15N,根据物体间力的作用是相互的,所以弹簧给浮桶向下的
压力也是15NI,
浮桶受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和压力,这三个力平衡,
则此时浮桶受到的浮力:
F浮=G+F=5N+15N=20NI,
浮桶排开水的体积:
产浮—20/V_
v排°水°I*1°%0/m"x2x103m3=2000cm3,
V排2000cm3
则浮桶浸入水中的深度为:
hi、八"",;?
20cm=0.2m,
当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水,
所以此时容器内水的深度:
h=hi+h2=0.2m+0.4m=0.6m。
4.(2016?
桂林)随着高层建筑的大量兴建,人们经常要与电梯打交道,如图甲所示是某种升降电梯的简
化模型,它由轿厢、配重、电动机、钢丝绳、定滑轮等部件组成,其中轿厢的质量为780kg。
电梯某次
搭载一位质量为70kg的乘客上楼,轿厢启动上升的路程与时间关系(s-t)如图乙所示,电动机的输出
80%不计钢丝绳的重力和一切摩擦,求:
功率与时间关系(P-t)如图丙所示,电动机的工作效率为
(1)当该乘客站立在静止的轿厢内时,双脚的受力面积为
(2)电动机的电梯启动上升12s内,消耗的电能是多少焦?
图象与时间轴所围成的阴影部分面积大小)
(3)电梯配重的质量为多少千克?
【答案】:
(1)乘客对轿厢的压强为14000Pa;
(2)消耗的电能是58750J;
(3)电梯配重的质量为650kg。
【解析】:
(1)乘客对轿厢的压力F=G=mgr70kgx10N/kg=700N,_F_700/V_
乘客对轿厢的压强p'X1°14000Pa;
1
二一X
(2)前2s做的功W22sx7000W=7000J,
后10s做的功W=Pt=4000W<10s=40000J,
12s内做的总功WW+W=7000J+40000J=47000J,
_W_47000/_
消耗的电能W80%80%58750J;
s20m
(3)后10s的速度vI。
、2m/s,
_w_Fs_
由P;FFv得:
电动机对轿厢的拉力:
P400QW_
F拉廿2m/S2000NI,
轿厢和乘客的总重力:
6总=m总,g=(780kg+70kg)x10N/kg=8500N,
配重的重力:
6配=G总—F拉=8500N—2000N=6500N,
配重的质量:
_G配—6500/V_
m配9ION/kg650kg。
5.(2017?
包头)物理兴趣小组设计了一个便携式水深测量装置,它主要由探头A和控制盒B构成,它们
之间用有绝缘皮的细导线形成回路,如图甲所示,其中探头A是一个高为0.1m,重为5N的圆柱体,它
的底部是一个压敏电阻R(与水的接触面涂有绝缘漆),工作时,底部始终与水平面相平,压敏电阻R的
阻值随表面所受压力F的大小变化如图乙所示,A与B间的电路连接关系如图丙所示,其中电源电压恒
为4.5V,小组同学将该装置带到游泳池,进行相关的测量研究。
(导线重力与体积均不计,g取10N/kg)
求:
(1)当把探头A刚好全部浸没到池水中时,探头A底部受到的压力为1N,探头A的底面积为多少?
此时电流表的示数为
且导线处于完全松弛
1N,探头A的底面积为
且导线处于完全松弛
(2)用手拉住导线,将探头A缓慢下降到池水中某一深度(探头A不接触池底)
0.3A,探头A底部所在处水的深度h为多少?
(3)用手拉住导线,将探头A下降到水深为2.6m的水平池底(但不与池底密合)状态,此时电流表的示数是多少?
【答案】:
(1)当把探头A刚好全部浸没到池水中时,探头A底部受到的压力为
1.0x103m2;
(2)电流表的示数为0.3A,探头A底部所在处水的深度为1.5米;
(3)用手拉住导线,将探头A下降到水深为2.6m的水平池底(但不与池底密合)
状态,此时电流表的示数是0.45A。
【解析】:
(1)探头A高为0.1m,当把探头A刚好全部浸没到池水中时,则h=0.1m,探头A底部受到水的压强:
p=p水gh=1x103kg/m3x10N/kgx0.1m=1000Pa;
_F
因探头A底部受到的压力为1N,根据p$可得,探头A的底面积:
_F_1,0/V_
SP1000PQ1.0X103m2.
U
(2)由IR可得,此时压敏电阻的阻值:
_[/_4.5r_
R'15Q,
由图可知,此时压敏电阻受到的压力为F'=15N,
则此时探头底部受到水的压强:
_F'_15N_
p,S1X101.5x104Pa,
由p=pgh可得,探头A底部所在处水的深度:
_pf_L5x1O,Pq_
1.5m;
P液。
1.0x103kg/m3xIQN/kg
(3)将探头A下降到水深为2.6m的水平池底,A底部受到水的压强:
p〃=p水gh〃=ixi03kg/m3x10N/kgx2.6m=2.6x104Pa,
A底部受到水产生的压力:
F水压=p"S=2.6X104PaX1.0x103m2=26NI,
根据阿基米德原理可得,探头A受到的浮力:
F浮=P水gV排=p水gSh=1x103kg/m3x10N/kgx1.0x103n2x0.1m=1NI,
因探头A处于静止状态(且绳子拉力为0),受到平衡力的作用,则F支持+F浮=Q,
所以,池底部对A的支持力:
F支持=G\—F浮=5N—1N=4N,
则压敏电阻底部受到的压力:
F=F支持+F水压=4N+26N=30N,由图乙知,此时压敏电阻的阻值为10Q,
由欧姆定律可得,电流表示数:
U4.5V
I'&IOC0.45A。
6.(2018?
柘城县一模)小敏看到超载车损坏公路的新闻报道,设计了一个称量车重的模拟电路,将载重
量转化成电流表示数,如图甲。
电路由电源、称重计(电流表、量程0〜0.6A)、定值电阻R,滑动变阻器R1、弹簧和开关组成。
已知电源电压8伏,滑动变阻器R长40厘米、最大阻值20欧,且电阻的大小与其接入的长度成正比,弹簧的长度与受到压力之间的关系如图乙,当没有载物时,变阻器滑片指在上
端,电流表本数是0.1A。
+上/厘米
甲乙
(1)定值电阻R多大?
(2)最大载重时,该模拟电路的电流表示数多大?
(3)小华觉得最大称量时,该模拟电路的电流表示数应该过满量程的一半,则应选择定值电阻:
欧、R=5欧和R=1欧中哪个替换R),替换后,最大称量时,电流表示数多大?
【答案】:
(1)定值电阻R为60Q;
(2)最大载重时,该模拟电路的电流表示数为0.11A。
(3)应选择定值电阻R,,替换R),替换后,最大称量时,电流表示数0.47A。
0.1A,
【解析】:
(1)当没有载物时,变阻器滑片指在上端,R接入电路中的电阻最大,电流表示数为
U
由IE可得,电路总电阻:
_[/_87_
R总/80Q,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,定值电阻的阻值:
R)=R总—R=80◎—200=600;
(2)由图乙可知,弹簧的最大压缩量:
△L=L—Li=40cm—24cm=16cm,
因滑动变阻器电阻的大小与其接入的长度成正比,
所以,变阻器接入电路中的电阻:
16cm
R,=R1RR=20a40cm20Q=12Q,
则该模拟电路的电流表示数:
8V
R(\+Ry*60(1+12£1
I010.11A;
(3)电流表量程为0.6A,电流要超过量程的一半,则:
I小>0.3A,
8V
解得:
RV14.67Q,
电路最大电流I大W0.6A,则
8V<
I大“12。
”0.6A,
解得:
R>1.33Q,
综上可知,电阻应选择R;
替换后,最大称量时,电流表示数:
I+R12。
+5Q0.47A.
7.(2019?
华莹市模拟)如图甲所示,电源电压U=6V,S为单刀双掷开关(可选接a或b),小灯泡L的电
阻为R.=8Q,忽略温度对灯丝电阻的影响,R为某种压敏电阻,其阻值R与压力F变化关系如图乙所示,
R的正上方装有一电磁铁P,其线圈电阻不计。
(1)在R上水平放置重为10N的铁制品,开关按a,通过小灯泡的电流是多大?
小灯泡两端的电压为多
少伏?
(2)在R上水平放置重量为50N的铁制品,开关接b,电压表稳定后的示数为4.8V,则此时压敏电阻的
阻值为多少欧?
电磁铁P对铁制品的吸引力为多少牛?
甲乙
【答案】:
(1)在R上水平放置重为10N的铁制品,开关按a,通过小灯泡的电流是0.43A;小灯泡两端的电压为3.43V;
(2)在R上水平放置重量为50N的铁制品,开关接b,电压表稳定后的示数为4.8V,则此时压敏电阻的阻值为2欧;电磁铁P对铁制品的吸引力为30N。
【解析】:
(1)由甲电路图可知,开关接a时,L与R串联,电压表测L两端的电压,电磁铁无磁性,由图乙可知当压敏电阻所受压力为10N时,其阻值R=6Q,
_U_6V_3
通过小灯泡的电流:
I/+R8Q+6。
4Ax0.43A,
_3
小灯泡两端电压:
Ul=IRl7Ax8Q=3.43V;
(2)由甲电路图可知,开关接b时,L与R串联,电压表测L两端的电压,电磁铁有磁性,
_4.8V_
此时电路中的电流:
I,8”0.6A,
压敏电阻的电压为U1=UI-UL=6V-4.8V=1.2V
_yi_1.2V_
压敏电阻的阻值为Ri■"2Q;
由图象可知,压力与电阻成反比,即压力与电阻的乘积为6ax10N=60NQ,
_60/vn_
当压敏电阻为2◎时,压力F乙]30N
所以:
电磁铁对此时的铁制品的吸引力为5吸=6-F=50N-30N=20N。
8.(2018?
长沙模拟)小明设计了如图所示的实验装置,通过测电流表的示数来探究不同物体在木板上所
受摩擦力的大小。
将物体放置在水平的长木板上,导电性能良好的弹簧右端与物体及滑动变阻器Ri滑片
P相连(不计滑片与滑动变阻器线圈间的摩擦;滑动变阻器长18cm,其阻值随长度均匀变化;弹簧处于
原长时,指针正好指在a端。
探究过程中,滑片P始终在a、b间,弹簧的左端固定在墙壁上。
Ro=5Q,
电源电压为3V.
qRi上.
;1“广力,,,尸j尸,/右,木版
问:
(1)当滑片移动到ab中间位置时,电流表的示数是0.15A,求此时滑动变阻器的阻值。
(2)当滑片移动到距离b端6cm处时,求R的实际功率。
(3)向右拉动长木板,当指针P稳定时,指在变阻器离a端15cm处,此时物体A相对长木板静止,受
到的摩擦力为90N.求当电流表的示数是0.1A时,物体受到的拉力。
【答案】:
(1)此时滑动变阻器的阻值为150。
(2)当滑片移动到距离b端6cm处时,R的实际功率为0.2W。
(3)当电流表的示数是0.1A时,物体受到的拉力为18N。
【解析】:
(1)由图1可知,R与R串联,电流表测电路中的电流,
当滑片移动到ab中间位置时,电路中的电流I=0.15A,
_u
由।R可得,电路中的总电阻:
_U_3V_
R总/0,15/120Q,
根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可得Ri接入电路中的电阻:
R中=R总一Ro=20Q55a=15Q;
因滑动变阻器总长18cm,其阻值随长度均匀变化,
所以,变阻器R的最大电阻:
r=2R中=2X15Q=30a;
3on
二x6cm=
(2)当滑片移动到距离b端6cm处时,则Ri接入电路中的电阻R'18cm10Q;
R总'=R+Ro=10Q+5Q=15Q,
_U_31/_
R、115Q
则此时电路中的电流I'总0.2A,
R的实际功率Po=I'2Ro=(0.2A)2X5Q=0.2W。
(3)当指针P稳定时,指在变阻器离a端15cm处,弹簧的伸长量为^xi=15cm,
因向右拉动长木板,此时物体A相对长木板静止处于平衡状态,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,
则物体受到的拉力Fi=fi=90N。
_u
当电流表的示数是0.1A时,由IR可得,电路中的总电阻:
_U_3V_
R总"30Q,
根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可得Ri接入电路中的电阻:
=R总”-R0=30Q-5Q=25Q;
因滑动变阻器的阻值随长度均匀变化,所以,指针P在变阻器离a端的距离为:
18cm
X=
Lz=(30Q-25Q)3°口3cm,
由于弹簧处于原长时,指针正好指在a端,所以,弹簧的伸长量为4X2=3cm,
根据弹簧在弹性限度内,拉力与弹簧的伸长量成正比可得:
△%1%
△x23cm
=X/1=
90N=18N。
…△心15cm
解得:
F2
9.(2018?
重庆)为探究平衡木受力特点,喜爱体操的小薇设计了一个平衡木模型。
整个装置如图甲所示,
AB可绕支点O无摩擦转动,C处固定一竖直硬杆,硬杆的底部安装了压敏电阻片R,R所在的电路放在了
硬杆内(整个装置除硬杆以外其它部分的重力均不计),且AB=5m,OA=BC=1m,电源电压恒为3V,硬
杆底部R阻值随地面对它的支持力F变化的关系如图乙所示,整个装置放在水平地面上,AB始终处于水
平平衡状态,当重360N的小薇站在A点时,电流表的示数为0.1A。
求:
(1)小薇在A点时,C处受到硬杆的拉力;
(2)小薇在A点时,地面对硬杆底部R的支持力;
(3)当电流表的示数为0.3A时,小薇距A点多少米?
【答案】:
(1)小薇在A点时,C处受到硬杆的拉力为120N;
(2)小薇在A点时,地面对硬杆底部R的支持力为60N;
(3)当电流表的示数为0.3A时,小薇距A点2ml
【解析】:
(1)小薇在A点时,杠杆平衡,杠杆受小薇对A点的压力和硬杆对C点的拉力,
其中OA=1m,OC=AB-OA-BC=5m—1m-1m=3m,
根据杠杆的平衡条件可得:
G人?
OA=F拉?
OC
即:
360NX1m=F拉X3m,
解得:
F拉=120N;
_u
(2)小薇在A点时,电流表的示数I=0.1A,由I氏可得,此时压敏电阻的阻值:
_U_3V
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