中考专题导航讲练系列→力电综合

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例1．某实验小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图14所示，质量m＝0．6kg的小球用一根轻质细金属丝OP悬于O点，AB为一根水平放置的电阻丝，其电阻随长度均匀变化，它与细金属丝始终保持良好接触且无摩擦，Ro＝10Ω为电路保护电阻，已知AB＝10cm，且单位长度电阻λ＝2Ω／cm，悬挂点O与电阻丝A端的距离为5cm。无风时细金属丝自然下垂，在A点与电阻丝接触，这时电流表示数为0.5A。有风时细金属丝将发生偏转，巳知偏转角θ与小球所受风力F满足：F＝mg*tanθ(g取10N／kg．电源电压保持不变，细金属丝的电阻忽略不计)。细金属丝的电阻忽略不计)。

求：(1)电源电压；

(2)若风力F增大，电流表示数如何变化？请说明由;

(3)如果将电流表盘面刻度改成风力刻度，那么在1A刻度处应标上多少牛？

解：（1）∵λ＝2Ω/cm

∴R_AB＝20Ω 无风时，金属丝自然下垂在A点与电阻丝接触

U＝IR总＝I（R₀＋R_AB）＝0.5A（10Ω＋20Ω）＝15V

（2）若风力F增大，电流表示数变大。电源电压不变时，电阻丝连入电路的电阻变小，故电流表示数变大。

（3）∵   ∴

又∵  ∴

 

∴ F＝mg·tanθ＝0.6kg×10N/kg×1.5＝9N

答：略。

例2．太阳能动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机驱动的一种新型机动车。有一种太阳能实验车(如图64所示为研制过程的样品)，它上面的太阳能接收板的有效面积S＝8m²，天气晴朗且接收板正对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳辐射的功率为P₀＝1kw，太阳能电池产生的电压为U＝120V，可供电动机正常工作的电流为I＝10A。

求：(1)电动机正常工作时的电功率是多大？太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？

(2)若电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75％，且该车装满贫物沿水平路面匀速行驶时所获得牵引力是150N，所受阻力是车与货物总重的0.1倍，则该车匀速行驶时的速度是多大？所装货物质量是多少？(已知车自重900N，g取10N／kg)

(3)通过以上介绍及有关计算，你对该车的技术参数及性能有了大致了解，你认为该车能否批量生产投放市场？请简述理由．

解：（1）P牵＝UI＝120V×10A＝1200W

（2）∵

∴

又∵

∴G货＝10F货－G车＝1500N－900N＝600N

∴

（3）答：不适合大批量生产投放市场。

理由：载重量太小，容易受气候影响。

【规律总结】解这类型题要求：

（1）正确进行受力分析；

（2）正确使用力、电学公式；

（3）力和电主要通过功来联系，要注意它们之间的转化效率。

拓展演练

1. 电动自行车以其轻便、经济、环保倍受消费者青睐。

某型号电动自行车的主要技术参数如右表所示。

　 (1)若该车和人共重l400N，行驶时两轮胎与地的接触面积共为1.0×10^-2m²，那么车对地面的压强多大?

型 号 TDR0178Z 无刷电机 48V 400W 铅酸电池 48V 80Ah 整车质量 84。4kg 外包尺寸 1860×530×1050

（2）在某平直路段上，电动自行车以额定功率匀速行驶时，受到的平均阻力为40N。此时自行车的动力多大?若行驶速度为7m/s，则ls内动力对自行车所做的功是多少?电动自行车的效率多大?

　⑶与内燃机摩托车相比，电动自行车在环保节能方面有

许多优点，请写出其中的两条。

答案：

 

 

 

 

 

2．在学校举行的物理创新大赛上，小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪，如图甲、乙所示。两装置中所用的器材与规格完全相同，压力表是由电压表改装而成，R₁为定值电阻，阻值为10Ω，R₂为滑动变阻器，规格为"10Ω lA"。金属指针OP可在金属杆AB上滑动，且与它接触良好，金属指针和金属杆电阻忽略不计。M为弹簧，在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比。当托盘所受压力为零时，P恰好位于R₂的最上端；当托盘所受压力为50N时，P恰好位于R₂的最下端，此时弹簧的形变仍在弹性限度内。

(1)甲装置中，当P位于R₂的最下端时，电压表的示数为3V，则电源电压是多少?

(2)甲装置中，压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上?

(3)在甲、乙两种装置中，两压力表的刻度特点有何不同?试说明理由。

答案：

3．图66是由"控制电路"和"工作电路"两部分组成的光控电路。"控制电路"由光敏电阻R、磁控开关L、定值电阻R₀、电源U₁等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，磁控开关的磁性弹片相互吸合。"工作电路"由工作电源U₂（U₂ = 20V）、发热电阻R₁（R₁= 5）和R₂（R₂ =15）组成。问：

（1）当"控制电路"中的电流小于20mA时，"工作电路"中的R₁两端的电压是 V，它消耗的功率是 W。

（2）当"控制电路"中的电流等于30mA时，"工作电路"中R₁两端的电压是 V。

（3）已知光敏电阻R的阻值随照射在光敏电阻上的光强E（表示光照射的强弱的物理量，单位cd）之间的变化关系如图67所示。如果照射在光敏电阻R上的光强，则光敏电阻R的阻值增大，磁控开关产生的磁性将 （均选填"变强"、"变弱"或"不变"）。

（4）如果"控制电路"中的线圈阻值R_L= 1、R₀= 140、U₁=3V，那么照射在光敏电阻上的光强在什么范围内时，磁控开关的磁性弹片相互吸合？

 

答案：

（1）5，5

（2）20

（3）变弱，变弱

（4）由题意可知，要使磁控开关的磁性弹片相互吸合，则控制电路的电流要大于或等于20mA。

由欧姆定律，R_总=U/I=3V/0.02A=150Ω

可知控制电路的总电阻要小于或等于150Ω。

此时光敏电阻R= R_总－R₀－R_L=150Ω－140Ω－1Ω=9Ω

由图67可知，对应的光照强度为2cd。因此，当光照强度大于或等于2cd时，磁控开关的磁性弹片相互吸合。

4．如图68所示的电动观光车，有关技术参数如下表。

空车质量	1180kg	电动机额定功率	4kw
满载乘员	11人	电动机额定电压	48V
满载时 轮胎与地接触面积	4×250cm2	最大车速	45km/h
电动机效率	80%	平路续驶里程	≤80km

根据技术参数，求解下列问题：（g 取10N/kg）

（1）设乘员质量均为60kg，求满载时车对水平路面的压强。

（2）电动机以额定功率工作半小时消耗多少电能？电动机对外做了多少功？若这一过程中，观光车以36km/h的速度沿水平路面匀速行驶，求车在行驶过程中受到的阻力。

解：(1)G＝m_总g＝(60kg×11+1180Kg)×10N／kg＝18400N

　 　　

(2)W_电=Pt

＝4×10³W×1800s＝7.2×10⁶J

W_机＝ηW_电＝80%×7.2×10⁶J＝5.76×10⁶J

　

因为车匀速行驶

所以f ＝F＝320N

5．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理如图69中虚线框里的内容所示。它主要有四部分构成：踏板和压力杠杆OAB（可绕O点转动）、定值电阻R_O、压力传感器R（其电阻值会随所受压力大小发生变化，变化关系如下表）、显示质量大小的仪表（实质示一个量程为0~3V的电压表）。已知OB∶OA＝１∶４，电源电压恒为３Ｖ，忽略踏板、杠杆及压杆的重力，g取　10N/Kg.

压力F/N	0	50	100	150	200	250	300
电阻R/Ω	300	250	200	150	100	50	0

（1）当踏板空载时，电压表的示数为0.75V，求定值电阻R_O的大小。

（2）当某同学站在踏板上时，电压表显示为1.2V，此时压力传感器R的阻值多大？该同学体重是多少K g？

 

 

 

 

 

 

 

 

 

求：(1)电源电压；

(2)若风力F增大，电流表示数如何变化？请说明由;

(3)如果将电流表盘面刻度改成风力刻度，那么在1A刻度处应标上多少牛？

解：（1）∵λ＝2Ω/cm

∴R_AB＝20Ω 无风时，金属丝自然下垂在A点与电阻丝接触

U＝IR总＝I（R₀＋R_AB）＝0.5A（10Ω＋20Ω）＝15V

（2）若风力F增大，电流表示数变大。电源电压不变时，电阻丝连入电路的电阻变小，故电流表示数变大。

（3）∵   ∴

又∵  ∴

 

∴ F＝mg·tanθ＝0.6kg×10N/kg×1.5＝9N

答：略。

例2．太阳能动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机驱动的一种新型机动车。有一种太阳能实验车(如图64所示为研制过程的样品)，它上面的太阳能接收板的有效面积S＝8m²，天气晴朗且接收板正对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳辐射的功率为P₀＝1kw，太阳能电池产生的电压为U＝120V，可供电动机正常工作的电流为I＝10A。

求：(1)电动机正常工作时的电功率是多大？太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？

(2)若电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75％，且该车装满贫物沿水平路面匀速行驶时所获得牵引力是150N，所受阻力是车与货物总重的0.1倍，则该车匀速行驶时的速度是多大？所装货物质量是多少？(已知车自重900N，g取10N／kg)

(3)通过以上介绍及有关计算，你对该车的技术参数及性能有了大致了解，你认为该车能否批量生产投放市场？请简述理由．

解：（1）P牵＝UI＝120V×10A＝1200W

（2）∵

∴

又∵

∴G货＝10F货－G车＝1500N－900N＝600N

∴

（3）答：不适合大批量生产投放市场。

理由：载重量太小，容易受气候影响。

【规律总结】解这类型题要求：

（1）正确进行受力分析；

（2）正确使用力、电学公式；

（3）力和电主要通过功来联系，要注意它们之间的转化效率。

拓展演练

1. 电动自行车以其轻便、经济、环保倍受消费者青睐。

某型号电动自行车的主要技术参数如右表所示。

　 (1)若该车和人共重l400N，行驶时两轮胎与地的接触面积共为1.0×10^-2m²，那么车对地面的压强多大?

型 号 TDR0178Z 无刷电机 48V 400W 铅酸电池 48V 80Ah 整车质量 84。4kg 外包尺寸 1860×530×1050

（2）在某平直路段上，电动自行车以额定功率匀速行驶时，受到的平均阻力为40N。此时自行车的动力多大?若行驶速度为7m/s，则ls内动力对自行车所做的功是多少?电动自行车的效率多大?

　⑶与内燃机摩托车相比，电动自行车在环保节能方面有

许多优点，请写出其中的两条。

答案：

 

 

 

 

 

2．在学校举行的物理创新大赛上，小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪，如图甲、乙所示。两装置中所用的器材与规格完全相同，压力表是由电压表改装而成，R₁为定值电阻，阻值为10Ω，R₂为滑动变阻器，规格为"10Ω lA"。金属指针OP可在金属杆AB上滑动，且与它接触良好，金属指针和金属杆电阻忽略不计。M为弹簧，在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比。当托盘所受压力为零时，P恰好位于R₂的最上端；当托盘所受压力为50N时，P恰好位于R₂的最下端，此时弹簧的形变仍在弹性限度内。

(1)甲装置中，当P位于R₂的最下端时，电压表的示数为3V，则电源电压是多少?

(2)甲装置中，压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上?

(3)在甲、乙两种装置中，两压力表的刻度特点有何不同?试说明理由。

答案：

3．图66是由"控制电路"和"工作电路"两部分组成的光控电路。"控制电路"由光敏电阻R、磁控开关L、定值电阻R₀、电源U₁等组成，当线圈中的电流大于或等于20mA时，磁控开关的磁性弹片相互吸合。"工作电路"由工作电源U₂（U₂ = 20V）、发热电阻R₁（R₁= 5）和R₂（R₂ =15）组成。问：

（1）当"控制电路"中的电流小于20mA时，"工作电路"中的R₁两端的电压是 V，它消耗的功率是 W。

（2）当"控制电路"中的电流等于30mA时，"工作电路"中R₁两端的电压是 V。

（3）已知光敏电阻R的阻值随照射在光敏电阻上的光强E（表示光照射的强弱的物理量，单位cd）之间的变化关系如图67所示。如果照射在光敏电阻R上的光强，则光敏电阻R的阻值增大，磁控开关产生的磁性将 （均选填"变强"、"变弱"或"不变"）。

（4）如果"控制电路"中的线圈阻值R_L= 1、R₀= 140、U₁=3V，那么照射在光敏电阻上的光强在什么范围内时，磁控开关的磁性弹片相互吸合？

 

答案：

（1）5，5

（2）20

（3）变弱，变弱

（4）由题意可知，要使磁控开关的磁性弹片相互吸合，则控制电路的电流要大于或等于20mA。

由欧姆定律，R_总=U/I=3V/0.02A=150Ω

可知控制电路的总电阻要小于或等于150Ω。

此时光敏电阻R= R_总－R₀－R_L=150Ω－140Ω－1Ω=9Ω

由图67可知，对应的光照强度为2cd。因此，当光照强度大于或等于2cd时，磁控开关的磁性弹片相互吸合。

4．如图68所示的电动观光车，有关技术参数如下表。

空车质量	1180kg	电动机额定功率	4kw
满载乘员	11人	电动机额定电压	48V
满载时 轮胎与地接触面积	4×250cm2	最大车速	45km/h
电动机效率	80%	平路续驶里程	≤80km

根据技术参数，求解下列问题：（g 取10N/kg）

（1）设乘员质量均为60kg，求满载时车对水平路面的压强。

（2）电动机以额定功率工作半小时消耗多少电能？电动机对外做了多少功？若这一过程中，观光车以36km/h的速度沿水平路面匀速行驶，求车在行驶过程中受到的阻力。

解：(1)G＝m_总g＝(60kg×11+1180Kg)×10N／kg＝18400N

　 　　

(2)W_电=Pt

＝4×10³W×1800s＝7.2×10⁶J

W_机＝ηW_电＝80%×7.2×10⁶J＝5.76×10⁶J

　

因为车匀速行驶

所以f ＝F＝320N

5．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理如图69中虚线框里的内容所示。它主要有四部分构成：踏板和压力杠杆OAB（可绕O点转动）、定值电阻R_O、压力传感器R（其电阻值会随所受压力大小发生变化，变化关系如下表）、显示质量大小的仪表（实质示一个量程为0~3V的电压表）。已知OB∶OA＝１∶４，电源电压恒为３Ｖ，忽略踏板、杠杆及压杆的重力，g取　10N/Kg.

压力F/N	0	50	100	150	200	250	300
电阻R/Ω	300	250	200	150	100	50	0

（1）当踏板空载时，电压表的示数为0.75V，求定值电阻R_O的大小。

（2）当某同学站在踏板上时，电压表显示为1.2V，此时压力传感器R的阻值多大？该同学体重是多少K g？