1、第 1 页 共 6 页第 3 讲 力、热、电大综合的计算综合计算题综合多种物理过程，有的联系生活实际，常常立意于新的物理情境.解题过程运用多个物理概念及规律，分析多个研究对象，该类题型有：能量效率问题、电热结合、力热结合、电力结合等；要求学生在解题技巧上，仔细审题，对题目进行认真分析划分为子问题，划分步骤，逐层深入，建立有关方程，求解；要求学生关注 生活中的物理，学会思考，学会知识迁移和建模，尝试用物理知识解决各类问题，逐步提高综合能力.题型之一 力、电综合题该题型一般以发电机、电动机、压敏电阻、滑动变阻器、简单机械为载体，建立力与电之间的联系，或考查力电转换，或力与电并列设置问题进行考查.图
2、甲是一个电子拉力计原理图.硬质弹簧右端和金属滑片 P 固定在一起（ P 与 R1间的摩擦不计）.电压表量程为 03 V， ab 是一根长为 6 cm 的均匀电阻丝，阻值 R1=30 ，电源电压 U=6 V.（1）要保证电压表能正常工作，电路中 R0至少应为多少欧？（2）当拉环不受拉力时，滑片 P 处于 a，闭合开关后电压表的读数为多少伏？（3）已知该弹簧伸长的长度 l 与所受拉力 F 间的关系如图乙所示，若 R0=45 ，通过计算说明， 开关 S闭合后，当电压表指针指 在 0.8 V 处，作用在拉环上水平向右的拉力为多大? 此拉力计的量程是多少？x k b 1 . c o m1.重力灯是英国的
3、里弗斯设计的一款概念环保灯，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 20 kg，每次被举高 2 m，LED 灯的额定功率为 1 W， g 取 10 N/kg.则：（1）重物每被举高一次，人至少对重物做了多少焦的功？（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？2.当前城镇化建设进程中，在一些场馆和楼房建设工地上，常见一种“塔吊”的起重设备，其主要组成为电动机和机械两部分，如图所示.假设某“塔吊”配置的电动机铭牌上标有：额定电压 380 V，额定功率 38 kW，线圈电阻 0.5 .在一次起吊中，该“塔
4、吊”电动机正常工作 25 s，把质量为 3 t 的重物吊起 22 m(g 取 10 N/kg).求：（1）电动机吊起重物的过程中消耗的电能.（2）电动机正常工作过程中线圈产生的热量.（3）该次起吊过程中“塔吊”机械部第 2 页 共 6 页分的机械效率.3.建筑工地上常用电动机通过“龙门吊”提升重物，电动机带动绕有钢索的轮轴转动，与钢索相连的重物就被匀速提升，如图所示.如果轮轴的周长 L=40 cm，电 动机带动轮轴每秒钟转 1 圈，被提升的重物质量 m=600 kg，电动机的电功率 P=4 kW， g取 10 N/kg，求:(1)在 1 min 内重物被提升的高度.(2)在 1 min 内钢索
5、对重物所做的功.(3)这套设备的机械效率为多少？4.小敏看到超载损坏的新闻报道.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 00.6 A）,定值 电阻 R0，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 R1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，变阻器滑片指向上端，电流表示数是 0.1 A.（1）定值电阻 R0多大？（2）弹簧的长度与受到的力的关系是：在弹性限度 内，.（3）最大载重时，该模拟电路的电流表示数多大？（4）小华觉得最大称量
6、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； R2=20 欧， R3=5 欧和 R4=1 欧中哪个替换 R0，替 换后，最大称量时，电流表示数多大？5.随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭.扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能.如图是某款扫地机器人及铭牌上的部分参数，请回答下列有关问题：项目 指标参数工作电压 15 V功率 30 W 新*课*标*第*一*网电池容量 2 000 mAh（1）机器人吸尘的工作原理是通过电动机转动使内部压强_，从而使杂物进入吸 尘器.第 3 页 共 6 页（2）电池容量“2 000 mAh”是指当工作
7、电流为 2 000 mA，能持续供电 1 小时.若充满电后所有电量用于扫地，则可供机器人持续正常工作多少时间？（3）机械人的供电系统设有自动充电功能，当检测到 电池容量低至 10%时会自动返回充电.若返回过程中受到的阻力为 20 N，为确保 机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米？（剩余电池容量的 40%用于提供克服阻力做功）6.电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具.电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力.下表是某型号电动自行车主要技术参数：整车质量 40 kg最高车速 30 km/h整车最大噪声 62 dB蓄电池 蓄电容量 0.576 kWh额定电压 48 V
8、电动机额定功率 240 W（1）行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为 50 cm ，当一个质量为 50 kg 的中学生骑着该电动自行车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是多大？（ g 取 10 N/kg）（2）若蓄电池储存能量的 80%用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直公路上匀速行驶时受到的平均阻力为 40 N，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多远？ （3）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各举一条）7.为反对浪费，响应“光盘行动” ，小明为自助餐厅的餐桌设计了“光盘仪” ，餐盘放在载盘台上，若盘内剩余食物的质量达到或超过规定值，人一旦离开餐桌，提示器就会
9、发出提示音，其原理图如图所示，电源电压 3 V 不变，提示器的电阻 R0恒为50 ，传感器 R1的阻值随载盘台所载质量变化的关系如下表所示， 开关 S 闭合后，求：载盘台所载质量 m/g100 110 120 130 140 150 160 传感器 R1/ 100 90 80 70 60 50 40 （1）根据表中数据，当载盘台所载质量是 100 g 时， R1的阻值是多少？电路中的电流是多少？（2）在第（1）问的基础上，通电 5 s，电流通过 R1产生的热量是多少？(3）当电路中的电流达到 0.03 A 时，提示器会发出提示音，若空餐盘质量为 100 g，此 时盘内剩余食物的质 量是多少？8
10、.如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图（俯视图） ，立方体产品在水平传送带上与传送带以相同速度 v=1 m/s 匀速运动，产品的质量 m=0.8 kg.计第 4 页 共 6 页数器由电流表和电路计数元件组成（电流表和电路计数元件的电阻不计） ，通过电路中电流的变化计数产品， a 为激光源， R1为光敏电阻， R2为保护电阻.当激光射向 R1时， R1的阻值变小，每当产品运动通过 a 与 R1之间时，射向 R1的光线会被产品挡住， R1阻值变大.闭合开关，电路中计数器中电流的示数 I 随时间 t 的变化图像如图乙所示.（ g 取 10 N/kg）（1）不计空气阻力，求传送带匀速运送产品
11、过程中对每一个产品的作用力大小和方向.（2）求每个产品的边长 L1和产品的间隔 L2.每个产品对传送带的压强大小.（3）已知电源电压 U=3 V， R2=1 k，求传送带匀速运输产品过程中 1 min 内光敏电阻R1消耗的电能.第 3 讲 力、热、电大综合的计算题型之一 力、电综合题例 1（1）电压表示数最大时，R0 有最小值，此时电路中的电流 I1=U/R1=3 V/30 =0.1 A，R0= UR0/I1=（6 V3 V）/0.1 A= 30 .（2）当滑片 P 处于 a 端时，开关闭合后电压表被短路，其示数为 0.（3）当电压表的示数为 0.8 V 时，电路中的电流 I2=U/R=6 V
12、/（30 45 ）=0.08 A， RaP= UaP/I2= 0.8 V/0.08 A= 10 ， R1的 aP 段 laP=6 cm10 /30 =2 cm，即滑片 P 移动的距离为 2 cm，由图像可知，此时拉环上拉力 F=200 N.由于电阻丝 ab 的长度为 6 cm，则滑片 P 的最大移动距离 l =6 cm，由图像可知，此时拉环上拉力 F =600 N，即拉力计的量程为 0600 N.针对训练1.（1）重物的重力：G=mg=20 kg10 N/kg=200 N人对重物做的功：W=Fs=Gh=200 N2 m=400 J(2)重物重力做的功转化的电能：第 5 页 共 6 页W 电 =
13、W =400 J50%=200 J每举高一次重物能使该灯正常照明的时间：t= = =200 sp电 1J202.（1）由于电动机正常工作，消耗的功率等于额定功率，即 P=38 kW=3.8104 W，工作时间 t=25 s，所以电动机消耗的电能W=Pt3.8104 W25 s9.5105 J（2）电动机正常工作时的电流：I= =P 额 /U 额 =3.8104 W/380 V=100 AU线圈产生的热量：Q=I2Rt=(100 A)20.5 25 s=1.25105 J（3）线圈电流产生热量即该“塔吊”本身消耗的电能为 W1=Q=1.25105 J，所以“塔吊”电能转化为机械能的总量，即机械部
14、分所做的总功W 总 =W-W1 =9.5105 J-1.25105 J=8.25105 J又因为 = = ，总有 用 总Gh所以该次起吊过程中“塔吊”机械部分的机械效率 3103 kg10 N/kg22 m8.25105 J=80%3.(1)轮轴在 1 min 内转过的圈数N=nt=160=60 转故重物上升的高度 h=NL=600.4 m=24 m(2)钢索对重物做功W 物 =mgh=6001024 J=1.44105 J(3)电动机在 1 min 消耗的电能W 总 =Pt=4 00060 J=2.4105 J故该装置的机械效率=W 物 /W 总 =1.44105 J/（2.4105 J）=
15、60%4.（1） R 总 =U/I1=8 V/0.1 A=80 ,R0=80 -20 =60 .（2）受到的压力越大，弹簧的长度越短.(3)模拟电路最大载重时弹簧长度为 24 厘米，此时滑动变阻器的电阻为 R 120 /40 cm= R 1/24 cm, R 1=12 I=U/R =8 V/（60 +12 ）=0.11 A.（4） I 0.3 A U/(R 1+R)0.3 A8 V/(12 + R)0.3 A R14.67 I0.6 A U/(R 1+R)0.6 A8 V/(12 +R)0.6 A R1.33 .选 R3，电阻最大载重电流I=UR=8 V（12 +5 ）=0.47 A.5.（1
16、）减小第 6 页 共 6 页（2）I= = =2 A=2000 mAUPVW1530=1 hAm（3）克服阻力做的功：W=UIt=15 V2 000 mAh10%40%=4 320 Js= = =216 mFNJ2046.（1）地面受到的压强 p=F/S =(40 kg+50 kg)10 N/kg/0.01 m2=0.9105 Pa（2）蓄电池储存的电能W 电 0.576 kWh2 073 600 J电动自行车行驶克服阻力做功W 机 W 电 2 073 600 J80%=1 658 880 J电动自行车能连续行驶的路程s=W 机 /F=1 658 880 J/40 N=41 472 m（3）优
17、点：无尾气；噪音小.缺点 ：蓄电池一般使用一年左右就需更换，废弃后的电池污染环境.7.（1）由表可知， R1=100 R=R1+R0=100 +50 =150 电路中的电流 I= = =0.02 AU503V（2）电流通过 R1 产生的热量：Q=I2R1t=(0.02 A)2100 5 s=0.2 J（3）当电路中的 电流达到 0.03 A 时R= = =100 IA0.R1=R-R 0=100 -50 =50 查表可知,载盘所载质量为 150g剩余食物的质量 m 余=150 g-100 g= 50 g8.(1)F=G=mg=0.8 kg10 N/kg=8 N;竖直向上(2)L1=vt1=1
18、m/s0.1 s=0.1 mL2=vt2=1 m/s0.2 s=0.2 mF 压 =G=mg=0.8 kg10 N/kg=8 Np=F 压 /S=8 N/0.01m2=800 Pa(3)在 00.2 s 内, I1=210-3 AU2=I1R2=210-3 A103 =2 VU1=U-U2=3 V-2 V=1 VW1=I1U1t1=210-3 A1 V0.2 s=410-4 J在 0.2 s-0.3 s 内, I2=110-3 AU3=I2R2=110-3 A102 =1 VU4=U-U3=3 V-1 V=2 VW2=I2U4t2=110-3 A2 V0.1 s=210-4 J在 1 min 内, W=60 s/0.3 s(W1+W3)=200（410- 4 J+210-4 J）=0.12 J.
