1、题型复习(四) 综合计算题第3讲 力、热、电大综合的计算题型之一 力、电综合计算1(2016泸州 )电子秤因精准和便于携带已普遍取代杆秤某科技兴趣小组根据理想电压表的内部电阻无穷大、并联在电路两端时通过它的电流几乎为零和表盘刻度均匀的特点，用电压为3 V的电源U、阻值为10 的电阻R 、理想电压表及其他元件制作了如图所示的简易电子秤其中轻质托盘和弹簧的质量不计，当托盘中所称质量变化时，与电阻R 相连的滑片P 平行地上下无摩擦滑动，电压表示数与被测物体的质量成正比当电子秤处于待称状态时滑片P 停在最上端a点，电压表示数为0，当被测物体最大称量m30 kg时，滑片P刚好处于最下端 b点问：(1)当
2、电子秤处于待称状态时，电路中的电流强度为多少？此状态下通电1 min在电阻R上产生的热量为多少？(2)当电压表示数为 U1.2 V时，被称量物体的质量m为多少？解：(1)当电子秤处于待称状态时，R全部接入电路中工作 ，此时电流I 0.3 AUR 3 V10 1 min产生的热量为：QI 2Rt(0.3 A) 210 60 s54 J(2)当电压表示数为 1.2 V时， 与电压表并联的电阻阻值为：R 4 UI 1.2 V0.3 A所以被称物体的质量：m 30 kg12 kg4 10 2(2016重庆 )物理兴趣小组设计了一个便携式水深测量仪它主要是由探头A和控制盒B构成，它们之间用有绝缘皮的细导
3、线相连形成回路，如图甲所示其中探头A是一个底面积为10 cm 2、高5 cm、重2.5 N的圆柱体，探头A的底部为压敏电阻R (R与水接触的表面涂有绝缘漆)，工作时底部始终与水平面相平，压敏电阻R随表面压力大小的变化如图乙所示A 和B间的电路连接关系如图丙所示 ，其中电源电压恒为3 V，电流表盘改装成深度表( 导线的重力与体积均不计)兴趣小组的同学将探头A 缓慢放入水中，求：(1)探头A有 体积浸入水中时，R 底部受到水的压强是多少帕？12(2)探头A全部浸入水中时，导线对探头A 的拉力是多少牛？(3)将探头投入看似不深的水平池底，静止时(R与池底未紧密结合)导线已松弛，电流表示数是0.4 A
4、，则表盘0.4 A处应该标水的深度值为多少米？解：(1)探头A有 体积浸入水中时，R 底部的深度：12h1 5 cm2.5 cm 0.025 m12R底部受到水的压强：p1gh 11.010 3 kg/m310 N/kg0.025 m250 Pa(2)探头A缓慢放入水中时处于平衡状态，探头A 全部浸入水中时，受到的浮力：F浮 gV 排 gV gSh1.0 103 kg/m310 N/kg10104 m25102 m0.5 N对探头A进行受力分析有：F 浮 GF，导线对探头A的拉力：FGF 2.5 N0.5 N2 N(3)当电流表示数是 0.4 A时， 由I 可得URR的阻值：R 7.5 UI
5、3 V0.4 A由图乙可知，压敏电阻R表面压力F 75 N容器底部对A的支持力：F支 GF 浮 2.5 N 0.5 N 2 N水对A底部的压力：F压 FF 支 75 N2 N73 N由p 可得，压敏电阻受到的压强：FSp2 7.310 4 PaFS 73 N1010 4 m2水的深度：h2 7.3 mp2 g 7.3104 Pa1.0103 kg/m310 N/kg所以，表盘0.4 A处应该标水的深度值为7.3 m3(2016枣庄 )如图甲所示是某压力测力计的电路原理示意图，图中电源电压为6 V(保持不变 )；定值电阻 R0的规格是“520 0.01 A”，起保护电路的作用；测力显示器是由电流
6、表改装成的(电阻忽略不计)，R 是一种新型电子元件，其阻值R随压力 F大小变化的关系如图乙所示求：(1)R0允许消耗的最大功率是多少？(2)通过分析图乙 ，请直接写出电子元件的阻值 R随压力 F变化的关系式(3)该测力计所能测量的最大压力是多少？(4)若要增大该测力计所能测量的最大压力，请写出一种改进方法解：(1)由定值电阻 R0的规格可知，电阻R 0允许通过的最大电流I 00.01 A，则R 0允许消耗的最大功率：P0I R0(0.01 A) 2520 0.052 W20(2)由图乙可知 ，电子元件的阻值 R随压力F 变化的关系式为R0.4 /NF 200 (3)电路中的最大电流 I00.0
7、1 A，由I 可得，电路中的总电阻： R总 600 UR UI0 6 V0.01 A因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R的最小阻值：RminR 总 R 0600 520 80 由图乙可知，此时压力最大为F300 N(4)增大R 0的阻值或减小电源电压4(2016河池 )小华到商厦看到载货电梯后，对其结构和工作原理产生了浓厚的兴趣，他通过查阅资料了解到，电梯是通过电动机带动钢丝绳，利用滑轮组来提升重物，其机械部分结构如图甲所示某次工作电梯在25 s 内将质量为500 kg 的重物匀速提升15 m，电动机对钢丝绳的拉力F310 3 N为了安全，电梯设置有超载自动报警系统，其控制电路工作原理
8、如图乙所示，已知电源电压U8 V，保护电阻R 1100 ，电阻式压力传感器( 压敏电阻)R 2的阻值随压力F大小变化如图丙所示求：(1)提升物体的有用功率；(2)滑轮组的机械效率；(3)当电流表的示数达到 20 mA时，电梯会发出超载警报声，该电梯承载的物重应小于多少牛？解：(1)根据题意可知有用功即是对重物所做的功W有用 G物 h 500 kg10 N/kg15 m7.510 4 J有用功的功率P 有用 3 000 W 来源:gkstk.ComW有 用t 7.5104 J25 s(2)滑轮组的机械效率 100% 100% 100% 100% 10W有 用W总 G物 hFs G物 hF3h G
9、物3F 5 000 N3 000 N30%56%(3)当电流表的示数达到 20 mA时，电梯会发出超载警报声，说明此时电梯承载的物重达最大值，由I 得此时电路中的电阻：R UR UI400 8 V0.02 AR1、R 2串联，根据串联电路电阻大小有关系有R2RR 1400 100 300 由图丙可知，当R 2300 时，R 2所受的压力F8 000 N根据二力平衡知识可知，电梯承载的物重GF8 000 N，即电梯承载的物重应小于8 000牛题型之二 电、热综合计算1(2016临沂 )容量为5.0 L的某品牌电热水壶如图甲所示，其加热功率为2 kW，保温功率为121 W简化电路图如图乙所示，S是
10、保温和加热的自动转换开关，在1个标准大气压下，让该壶正常工作，将一满壶初温为20 的水烧开求：水的比热容为4.210 3 J/(kg)(1)水吸收的热量(2)加热时间(不计热量损失)(3)电阻R 2的阻值解：(1)由 得5.0 L水的质量mV 1.010 3 kg/m35.0103 m35.0 kgmV水吸收的热量Qcmt4.210 3 J/(kg)5.0 kg(100 20 )1.6810 6 J(2)由P 得t 840 sWt WP热 QP热 1.68106 J2103 W(3)当开关S闭合时，电热水壶处于加热状态，只有R 2接入电器中工作，由P 得U2RR2 24.2 U2P热 （220
11、 V）22103 W2(2016滨州 )有一只电热水壶，其铭牌上标有“220 V 1 210 W”的字样， 不考虑温度对电阻的影响，水的比热容4.2 103 J/(kg)，g取10 N/kg.求：(1)它正常工作时通过电阻丝的电流有多大？(2)它正常工作时电阻丝的电阻有多大？(3)当实际电压为 200 V时， 该电热水壶的效率为80%， 在一标准大气压下将壶内1 kg的水由20 加热至沸腾，需要加热多少分钟？解(1)由PUI得IP/U1 210 W/220 V5.5 A(2)由IU/R得RU/I 220 V/5.5 A40 (3)水吸收的热量Q吸 cm(tt 0)4.210 3 J/(kg)1
12、 kg(100 20 )3.3610 5 J由 Q 吸 /W得 WQ 吸 / 3.36105 J/80%4.210 5 JP实 U /R(200 V)2/40 1 000 W2实由PW/t得tW /P实 4.210 5 J/1 000 W420 s7 min3(2016泰安 )如图所示是某型号电压力锅工作电路简图，下表是其部分参数接通电路后，开关S 自动与触点a、b接通，1挡加热器开始加热当锅内混合物质温度达到102 时，开关S自动与a、b断开，并与触点c接通，2挡加热器工作，此时锅内混合物质温度不变，保持锅内压强不变，进入保压状态现将质量为2.0 kg，初温为36 的混合物质放入压力锅中，接
13、通电路使其正常工作20 min.假设加热器产生的热量全部被混合物质吸收，混合物质的比热容为c4.010 3 J/(kg)求：(1)R1、R 2的阻值(2)电压力锅加热多少秒后开始 保压？(3)电压力锅最后 2 min内消耗的电能解：(1)根据题意知：开关 S自动与a、b断开，并与触点c接通，2挡加热器工作，此时只有R 2接入电路中工作，由P 得R 2 440 U2R U2P2 （220 V）2110 W开关S自动与触点a、b接通，1挡加热器开始加热，此时 R1、R 2并联，则PP 1P 2，P 1PP 2550 W110 W440 W由P 得R 1 110 U2R U2P1 （220 V）24
14、40 W(2)锅内混合物吸收的热量Q吸 cmt 4.010 3 J/(kg)(10236) 2.0 kg 5.28105 J不计热量损失，有Q 吸 W 电 P 1t，所以加热到保压的时间 t 960 sQ吸P1 5.28105 J550 W(3)最后t 22 min内，2挡加热器工作WP 2t2110 W 260 s1.3210 4 J4(2016怀化 )爱好科学的小明同学找来了一种电热饮水机如图甲是饮水机的简化示意图，S 是温控开关，当S、S 1都闭合时为加热状态，S 断开、S 1闭合为保温状态图乙是饮水机的铭牌参数请你帮他求出：额定电压/V 2201挡加热器额定功率/W5502挡加热器额定
15、功率/W110最大容积/dm 3 3保压温度/ 102甲 型号：YSJ66额定电压：220 V额定加热功率：1 000 W额定保温功率：44 W满箱水的质量：2 kg频率：50 Hz乙(1)初温为20 的一满箱水， 用此饮水机将水加热到90 需要吸收的热量是多少？ c水 4.210 3 J/(kg )(2)电阻丝R 2的阻值多大？(3)在正常加热状态下 ，加热 5 min需要消耗的电能是多少焦耳？解：(1)水吸收的热量： Q吸 cm(tt 0)4.210 3 J/(kg)2 kg(90 20 )5.8810 5 J(2)S断开、S 1闭合为保温状态此时电路为R 2的简单电路，已知P 保温 44
16、 W，由P 可得，U2R电阻丝R 2的阻值：R 2 1 100 U2P保 温 （220 V）244 W(3)已知P 加热 1 000 W，t5 min300 s由P 可得，加热5 min需要消耗的电能：WP 加热 t1 000 W300 s310 5 JWt题型之三 力、热综合计算1(2015滨州 )小明是个很善于把物理知识应用于实际的同学，最近他家中新安装了天然气热水器，如图所示小明仔细观察了包装箱、热水器铭牌，获得了以下信息：包装箱及热水器的总质量为16 kg；“堆码层数极限”标志数为11，即该包装箱在仓储时从地面开始 ，平放时最大堆放层数是11层，超过则可能把最底层的包装箱压坏；根据包装
17、箱尺寸计算出平放时的底面积为0.4 m2；热效率为87%，表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的化学能有87%转化为水的内能；加热模式为“即热式”，即用热水器给水加热时，只要接通开关让自来水流过热水器，流出的水即可达到设定的水温小明想估测该热水器的实际热效率，以核对铭牌上的数值是否准确他接通热水器工作开关，当流出40 kg热水时，让热水器停止工作已知当时自来水的温度是 15 ，热水器输出的热水温度为40 ，观察天然气表得知共用了0.15 m 3的天然气天然气的热值为3.210 7 J/m3，水的比热容4.210 3 J/(kg )，g 取10 N/kg .请帮小明解答下列问题：(1)若在仓
18、储时堆码层数达到了极限11层，则最下层的包装箱承受的压强是多大？(2)小明在估测过程中： 流过热水器的水吸收的热量是多少？天然气完全燃烧释放的热量是多少？(3)该热水器的实际热效率是多少？解：(1)最下层的包装箱受到的压力：FG 总 10m 总 g1016 kg10 N/kg 1 600 N它所承受的压强：p 4 000 PaFS 1 600 N0.4 m2(2)水吸收的热量： Q吸 c 水 m水 t 4.210 3 J/(kg)40 kg(40 15 )4.210 6 J天然气完全燃烧释放的热量是：Q 放 qV3.210 7 J/m30.15 m34.810 6 J(3)热水器的实际热效率为
19、： 100% 100%87.5%Q吸Q放 4.2106 J4.8106 J2(2016镇江 )最近，一项“中国原创”重大发明成为世界关注的焦点！它被称为“空中奔跑的巴士”(又称巴铁) ，预计今年 7月进行测试，巴铁依靠电力驱动在钢轨上行驶，相当于40辆柴油公交车的运量，若1辆柴油公交车日常行驶时发动机的平均输出功率为60 kW ，发动机的效率为30% ，每消耗1 kg柴油排放二氧化碳约为3 kg，柴油的热值取q4.010 7 J/kg.(1)若巴铁在100 s内沿直线行驶了1 500 m，求这段时间内巴铁的平均速度；(2)按柴油公交车每日行驶 10 h计算，镇江若引进1辆巴铁取代40辆柴油公交
20、车，则每日可减少二氧化碳排放量多少千克？(3)巴铁车内电器每天需消耗60 kWh的电能，若这些电能全部由车顶上的太阳能电池板来提供 ，已知该太阳能电池板1 m2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1 kW，光电转化效率为20% ，每天日照时间按6 h计算，求需太阳能电池板的最小面积解：(1)巴铁的平均速度 v 15 m/sst 1 500 m100 s(2)根据P 可得，每日每辆公交车发动机做的功 WPt6010 3 W103 600 s2.1610 9 JWt根据 可得 ，放出的热量Q 7.2109 JWQ W 2.16109 J30%根据Qqm可得，消耗柴油的质量m 180 kgQq 7.21
21、09 J4.0107 J/kg则引进一辆巴铁每日减少的二氧化碳排放量m180 kg34021 600 kg(3)根据 可得，接收的太阳能E 光 300 kWhE电E光 E电 60 kWh20%接收光的功率P 光 50 kWE光t 300 kWh6 h已知该太阳能电池板1 m 2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1 kW，则电池板的面积S 50 m250 kW1 kW/m23(2015德州 )混合动力汽车具有节能、低排放等优点，成为汽车研究与开发领域的重点某新型混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量当需要高速行驶或蓄电池的电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池
22、充电汽车所受阻力与车速的关系如图所示在某次测试中，蓄电池储存的电能为5.1210 8 J由内燃机提供能量，汽车以50 km/h的速度匀速行驶了0.5 h，同时蓄电池的电能增加了10%，求：(1)汽车牵引力做的功(2)若所用燃料的热值是 4.5107 J/kg，测试过程中消耗8 kg的燃料( 假设燃料完全燃烧) ，则放出的总热量是多少(3)内燃机的效率解：(1)由速度公式 v 变形得svt50 km/h0.5 h25 km2.510 4 mst由图象可知，汽车速度为50 km/h时，所受阻力为4 000 N由于汽车匀速行驶，汽车的牵引力：Ff4 000 N牵引力做功： WFs4 000 N2.5
23、10 4 m110 8 J(2)燃料完全燃烧放出的热量：Q 放 qm4.510 7 J/kg8 kg3.610 8 J(3)增加的电能： W电 5.1210 8 J10%5.1210 7 J有用能量： W 有用 W W 电 110 8 J5.1210 7 J1.51210 8 J内燃机的效率： 100% 100%42%W有 用Q放 1.512108 J3.6108 J4(2016泸州 )据统计，全国发生的车祸中有超过半数以上是超速、超载引起的我市加大了道路交通安全监控管理力度，将“区间测速”作为判断是否超速的依据之一所谓的“区间测速”，就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的
24、最高限速即被判为超速若监测点A、B相距18 km，全程限速40 km/h，由“电子眼”抓拍到装有沙子的某型号货车通过监测点A、B的速度分别为30 km/h和45 km/h，通过A、B两个监测点的时间为20 min. 问：(1)按“区间测速 ”标准判断 该货车在AB段行驶是否超速？(2)按照规定， 货车车轮对地 面的压强超过710 5 Pa即被判为超载该型号货车部分参数如表所示根据表中参数计算，该货车在不超载的情况下，在水平路面上运动时最多能装沙子的体积为多少？( 沙 2.010 3 km/m3，g取10 N/kg)(3)该货车在某路段平直公路上运动60 s 的速度时间图象如图所示，这段时间内发
25、动机完全燃烧柴油0.2 kg，已知发动机的效率 40%，柴油的热值q4.510 7 J/kg，则货车在这段时间内运动受到的阻力为多大？解：(1)该货车在 AB段行驶时的平均速度v 54 km/h，因为全程限速40 km/hst 18 km13 h54 km/h40 km/h，所以该货车在AB段行驶超速(2)由p 可得，车轮对路面的最大压力：F pS710 5 Pa0.3 m22.110 5 NFS水平面上物体的压力和自身的重力相等FG沙子的重力G沙 GG 车 2.110 5 N510 4 N1.610 5 N则沙子的质量m 沙 1.610 4 kgG沙g 1.6105 N10 N/kg由 可得
26、沙子的体积V 沙 8 m 3mV m沙 沙 1.6104 kg2.0103 kg/m3(3)由图象可知 ，货车在这段时间内作匀速直线运动 ，由v 可得，这段时间内的路程stsvt10 m/s60 s600 m货车自重 5104 N轮胎触地总面积 0.3 m2车厢容积 10 m3完全燃烧柴油放出的热量Qm 汽油 q0.2 kg4.510 7 J/kg910 6 J由 100%可得WQ40%910 6 J3.610 6 JWQ由WFs 可得 ，F 6 000 NWs 3.6106 J600 m因为匀速行驶，则在这段时间内运动受到的阻力fF6 000 N5(2016西宁 )如图是太阳能热水器内部水箱
27、的结构示意图A、B是水箱中两个相同的实心圆柱体，密度为210 3 kg/m3，悬挂在水箱顶部的压力传感开关S上当S 受到竖直向下的拉力达到一定值时闭合 ，电动水泵M开始向水箱注水；当拉力等于10 N时，S断开，电动水泵M 停止注水，此时水箱水位最高为1.2 mg取10 N/kg.求：(1)若水箱内有 100 kg的水， 该太阳能热水器将水从20 加热到50 时水吸收的热量 c水 4.210 3 J/(kg )(2)停止注水后水箱底部受到的水的压强(3)若A、B的体积均为400 cm 3，A 、B受到的总重力(4)正常情况下水箱中的水位最高时如图所示，A受到的浮力 (开关S 下的细绳和A 、B间
28、的细绳质量与体积均忽略不计) 解：(1)水箱内的水吸收的热量Q 吸 cmt4.210 3 J/(kg)100 kg(50 20 ) 1.2610 7 J(2)停止注水后水箱底部受到的水的压强pgh110 3 kg/m310 N/kg1.2 m1.210 4 Pa(3)G总 m 总 g V总 g(V AV B)g210 3 kg/m3(4104 m3410 4 m3)10 N/kg16 N(4)正常情况下 ，当水位最高时 ，绳子受到的拉力F最小 ，此时F 总浮 G 总 F16 N10 N6 NFB浮 水 gVB 1.0103 kg/m34104 m310 N/kg4 NFA浮 F 总浮 F B浮
29、 6 N4 N2 N题型之四 力、热、电综合计算1(2016河南 )某款新型电动车的性能参数如表所示，请回答下列问题(1)电动机是电动车的核心部件，电动机正常工作时，电能转化为机械能，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力转动(2)电动机正常工作时 ，通过线圈的电流是多大？(3)同类型号的燃油汽车在同等条件下百公里消耗汽油10 L，请通过计算比较两种汽车的百公里能耗，并说明能耗不同的主要原因汽油的密度 0.710 3 kg/m3，热值q4.610 7 J/kg.(4)汽车在某段公路上匀速行驶时，进入某超声测速区域，如图所示当该车运动到距测速仪370 m时，测速仪向该车出一超声波信号，2 s后收
30、到从车返回的信号，超声波在空气中传播速度为340 m/s，求该车的速度解：(2)由PUI得通过线圈的电流 I 100 APU 4104 W400 V(3)电动汽车百公里能耗 W15 kWh153.610 6 J5.410 7 J燃油汽车百公里油耗mV0.710 3 kg/m310103 m37 kg燃油汽车百公里能耗Qmq7 kg4.610 7 J/kg3.2210 8 J电动汽车百公里能耗小于燃油汽车百公里能耗，主要原因是电动汽车的效率高于燃油汽车的效率，因为燃油汽车在工作时汽油燃烧产生的热量大部分散失掉了(4)设汽车的速度为 v，超声测速仪发出的信号 1 2 s2s后与汽车相遇，在这段时间
31、内 ，汽车的路程与超声波的路程有关系式：v13401370解得v30 m/s来源:gkstk.Com2(2015葫芦岛 )如图所示是车载和家用两种加热模式的电热杯它可以用车载12 V电源加热，或接在家庭电路进行加热它的主要参数如下表问：工作电压 400 V电动机功率 40 kW百公里耗电量 15 kWh车载额定电压 12 V家用额定电压来源: 220 V(1)电热杯与水平面的接触面积为100 cm 2，装入1 kg水时电热杯对水平面的压强为多大？(g取10 N/kg)(2)如果在家庭电路中使用 ， 电热杯正常工作时的电流和电阻各为多少？(3)在标准大气压下 ，用车载模式烧开 0.5 kg初温为
32、20 的水，需要多长时间(不计能量损失) ？c 水 4.210 3 J/(kg)解：(1)电热杯对水平面的压力：FG(m 杯 m 水 )g(1.6 kg1 kg)10 N/kg26 N电热杯对水平面的压强：p 2 600 PaFS 26 N10 2 m2(2)在家庭电路中使用时 ，由 PUI可得，电热杯正常工作时的电流： I 1 APU 220 W220 V由I 变形可得 ，电热杯的电阻：R 220 UR UI 220 V1 A(3)用车载模式烧开水时 ，水吸收的热量：Q吸 cm(tt 0)4.210 3 J/(kg)0.5 kg(100 20 )1.6810 5 J不计能量损失时，消耗的电能：WQ 吸 1.6810 5 J由P 可得，需要的加热时间：t Error!1 400 sWt WP学优高考网车载额定功率 120 W家用额定功率 220 W自身质量 1.6 kg
