⑦跨模块综合应用题 -【一战成名新中考】2025广西中考物理中考必考知识点专题特训

一、力热综合 1．一辆总重为1.6t的四轮汽车在平直高速公路上匀速行驶20km。已知汽车行驶过程中受到的平均阻力为1.4×103N，每个车轮与地面接触的面积为200cm2。已知：J/（kg•℃），，g取10N/kg。求： （1）该汽车静止在水平地面上时对地面的压强； （2）汽车发动机的牵引力在这段路程内所做的功； （3）若在这段路程内，汽车发动机排出的废气带走的热量为4.2×107J，假设这些热量全部被水吸收，这些热量可使多少千克的水温度升高50℃。 2．一辆小汽车陷到泥泞的路里无法自救，救援拖拉机历时50s在水平方面行驶了150m将小汽车匀速拉了出来，如图所示。在此过程中，拖拉机的功率保持不变，受到的水平地面的摩擦阻力也不变，消耗柴油50g，热机效率是40%；小汽车受到水面地面的摩擦阻力恒为2500N。（此过程中小汽车发动机没有启动） （1）50g柴油完全燃烧放出的热量是多少？（柴油的热值是4.5×107J/kg） （2）此过程中拖拉机牵引力做的功是多少？ （3）拖拉机在匀速拉出小汽车时受到的水面地面的摩擦阻力是多少？ 3．某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为5×10﹣2m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是80mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9×105Pa，曲轴转速为2400r/min，当汽油机满负荷工作时： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力； （2）汽油机的功率； （3）若汽油机在吸气冲程中吸入的空气质量与燃油质量之比为14：1，吸入的油气混合物的平均密度为1.5kg/m3，汽油的热值取4.5×107J/kg，则该汽油机的效率为多大？ 4．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，排水量60t，船的表面安装有太阳能电池板，太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。求： （1）第50s到第100s内牵引力所做的功； （2）第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率； （3）已知太阳辐射的总功率P＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中由于云层的反射和大气的吸收作用，大约有60%的能量损耗，太阳能电池的能量转化效率为15%，满足太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，需要太阳能电池板的最小面积。（球表面积公式为S＝4πr2，π取3.14） 二、电热综合 5．小明一家驾车外出旅游，汽车牵引力功率恒为，到达目的地用时4h，汽车消耗汽油20L。已知汽油价格为7.81元/L，热值为，密度为。问： (1)20L汽油完全燃烧释放出多少热量？ (2)该行程中，汽车的热机效率是多少？（结果精确至1%） (3)交通领域“以电代油”可以来实现“减碳”目标。小明对市场上某型号的一款纯电动汽车进行调研，下表是小明整理得到的部分数据，若行驶相同距离纯电动汽车与燃油汽车牵引力做功相同，通过计算说明，驾驶燃油汽车和纯电动汽车，哪种车型更经济？ 车型 能源种类 测试距离 耗能 电费 电能转化为机械能的效率 纯电动汽车 电能 100km 20kW·h 0.5元/kW·h 80% 6．如图甲是小明同学网购的一款煮茶器，图乙是它的工作原理图，R1、R2是电加热丝，R1的阻值为48.4Ω，S为切换开关，“保温”与“煮茶”的总加热功率之比为1：4。指示灯A、B的阻值忽略不计，R1、R2的阻值不随温度而改变。 （1）求煮茶时R1的电功率。 （2）求R2的电阻值。 （3）若茶水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）茶水的吸热效率为80%，将质量为1kg的茶水从20℃加热至100℃，求加热时间。 三、力电综合 类型一 偏电学 7．在实践活动中，物理小组计划制作一个水位显示仪，用电流表来显示蓄水池水位的高低。小组选用了电压恒为6V的电源、最大阻值为20Ω的均匀弧形电阻片R、多个定值电阻、量程为0﹣0.6A的电流表、轻质滑杆和细杆（不考虑重力和摩擦）、浮子（m＝0.2kg）等器材。设计要求是：当滑片滑动到电阻片的一端时，电流表示数恰好达到满偏（量程的最大值），指针位置表示蓄水池规定的最高水位；当滑片滑动到电阻片的另一端时，电流表指针所指位置表示规定的最低水位。小明利用器材设计了一个符合要求的装置，其中滑片P与滑杆连接，滑杆可绕固定轴O转动，另一端通过轻质细杆连接浮子，如图所示。，求： （1）当水位达到最高水位时，浮子受到的浮力是多少N？ （2）当水位达到最高水位时，已知容器底部受到水的压强是2×103Pa，则容器底部到最高水位的距离是多少m？ （3）当水位最低时，此时电路中R0消耗的功率为多少W？ 8．某物理研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。OBA为水平杠杆，OA长100cm，O为支点，OB：BA＝1：4；已知报警器R0的阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，压力传感器受到的压力F与R的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表的示数为1V；当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到2V时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为0～3V。求： （1）电源电压； （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力； （3）当托盘受到的压力为120N时，报警器是否报警。 9．喜爱体操运动的小华设计了如图甲所示平衡木模型，整个装置放在水平地面上，横木AB可绕支点O无摩擦转动，AB始终处于水平静止状态，C处正下方固定一实心硬杆，硬杆的底部安装了压敏电阻，AB与硬杆通过一小段较结实的细绳相连（细绳未画出，其体积忽略不计），压敏电阻所在的电路如图乙所示。已知AB＝5m，OA＝BC＝1m，电源电压恒为3V，压敏电阻的阻值R随地面对它的支持力F变化的关系式为：R＝35（Ω）。整个装置除硬杆以外，其它部分的重力均不计。物体间相互作用力的大小相等、方向相反。当重360N的小华站在A点时，开关S闭合后，此时电流表的示数为0.1A。 （1）当小华在A点时，开关S闭合，此时压敏电阻的阻值和细绳对横木AB的作用力分别是多少？ （2）硬杆的重力多大？ （3）当电流表的示数为0.2A时，小华距B点多远？ 10．如图所示为某型号氢能源汽车的自动测定液态氢含量的电路原理图，其中电源电压恒为18V，R0为定值电阻。A为液态氢含量表（实际是一只量程为0～0.6A的电流表，燃料箱容量为50L，装满液态氢时，电流表满偏），Rx为压敏电阻，其阻值与燃料箱内的液态氢体积的关系如下表所示，燃料空箱质量为1kg。（一定条件下液态氢密度为ρ＝0.07×103kg/m3，g取10N/kg） 燃料箱中液态氢的体积V/L 0 10 20 30 40 50 对应的压敏电阻阻值Rx/Ω 120 100 80 60 40 20 （1）求定值电阻R0的阻值； （2）若压敏电阻的受力面积为0.3m2，该电阻受到的压强为143Pa时，此时燃料箱中有多少液态氢？ （3）若燃料箱装满液态氢时，要使对应的电流表示数为0.5A，试通过计算说明可以采取的具体措施。 压敏电阻与液态氢体积关系： 类型二 偏力学 11．物理兴趣小组设计了模拟实验，装置如图甲所示。A为封闭的长方体金属块，其底面积为100，底面积为300的圆柱槽中装有某种未知密度的液体。现将金属块A从槽底匀速捞起，装置由电动机提供动力，绳索上连接有拉力测量仪，其内部结构如图乙所示，电压恒为12V，为定值电阻，力敏电阻的阻值随拉力的变化图像如图丙所示。在向上捞起过程中，绳索拉力F与金属块底面到槽底的距离h关系如图丁所示。（不计绳重和摩擦及液体的阻力，不计物体表面附着液体的影响，捞起过程中金属块不与槽侧壁接触，连接拉力测量仪的绳索足够长）。求： (1)金属块未露出液面时，数显电流表的示数为0.4A，求的阻值； (2)当数显电流表的示数为0.25A时，金属块受到的浮力； (3)当金属块底面到槽底的距离时，液体对容器底部的压强。 12．某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为9V，R0为定值电阻，滑动变阻器R的阻值、与弹簧的拉力F变化关系为R＝50﹣2F，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入50m深的湖底取出矿石样品M。返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图乙所示。在电压表示数从3V变为6V的过程中，电流表示数变化值为0.3A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度为1.0×103kg/m3）。 （1）水下机器人在50m深的湖底取样时受到湖水的压强； （2）定值电阻R0的阻值； （3）矿石M的密度。 四、热力电综合 13．重力储能是一种新型储能方式，它通过提升和放下重物实现能量的储存和释放，实现储能和发电，其能量转化过程如图甲所示．某风力发电和重力储能综合项目中，单个风力发电机组的平均发电功率为1720kW，某次风能充沛时，系统利用风能发电的富余电能将50t的重物从地面提升至36m的高度处，实现能量储存，如图乙所示．（柴油的热值为，g取10N/kg） (1)单个风力发电机组发电10min产生的电能，相当于完全燃烧多少千克柴油产生的热量？ (2)储能系统将50t重物缓慢提升至36m的高处，可储存多少机械能？ (3)若储能系统提升重物的效率为90％，将50t重物从36m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为，则重力储能系统储能和发电的综合转化效率（输出电能与输入电能之比）为多少？ 14．家用燃气热水器是一种方便、快捷的洗浴设备。如表是某品牌家用燃气热水器的铭牌，使用燃气热水器需要防止在无水或水压过低的情况下进行“干烧”。为此，该热水器设计了“水气联动”装置，能够做到“水到气才到”（即：水从进水管流入，对膜片产生压力，膜片带动阀杆将阀门顶开，天然气得以通过阀门进入主火管道），其结构原理如图所示，水管出水口的面积为3cm2。[q天然气＝8×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3] （1）请观察“水气联动”装置的结构原理图。若膜片的面积是3cm2，请计算“水到气到”时水对膜片的最小压力为多少？ （2）水流在粗细均匀的管道中以0.5m/s的速度匀速流出，则每秒流出水的质量为多少？ （3）热水器以额定热功率工作，水流以0.5m/s的速度匀速流出，经加热后出水温度提高20℃，请计算此时对水加热的效率是多少？ 型号 XXX 燃气类型 天然气 额定热功率 1.5×104W 额定电压 3V（DC） 适应水压 2×104Pa～8×105Pa 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 一、力热综合 1．一辆总重为1.6t的四轮汽车在平直高速公路上匀速行驶20km。已知汽车行驶过程中受到的平均阻力为1.4×103N，每个车轮与地面接触的面积为200cm2。已知：J/（kg•℃），，g取10N/kg。求： （1）该汽车静止在水平地面上时对地面的压强； （2）汽车发动机的牵引力在这段路程内所做的功； （3）若在这段路程内，汽车发动机排出的废气带走的热量为4.2×107J，假设这些热量全部被水吸收，这些热量可使多少千克的水温度升高50℃。 1．解：（1）汽车对地面的压力 F＝G＝mg＝1600kg×10N/kg＝1.6×104N， 汽车与地面的接触面积 S＝4×0.02m2＝8×10﹣2m2， 汽车对地面的压强：p2×105Pa； （2）汽车在平直高速公路上匀速行驶所受牵引力：F＝f＝1.4×103N， 牵引力做的功：W＝Fs＝1.4×103N×20×103m＝2.8×107J； （3）由Q＝cmΔt得水的质量： m水200kg。 2．一辆小汽车陷到泥泞的路里无法自救，救援拖拉机历时50s在水平方面行驶了150m将小汽车匀速拉了出来，如图所示。在此过程中，拖拉机的功率保持不变，受到的水平地面的摩擦阻力也不变，消耗柴油50g，热机效率是40%；小汽车受到水面地面的摩擦阻力恒为2500N。（此过程中小汽车发动机没有启动） （1）50g柴油完全燃烧放出的热量是多少？（柴油的热值是4.5×107J/kg） （2）此过程中拖拉机牵引力做的功是多少？ （3）拖拉机在匀速拉出小汽车时受到的水面地面的摩擦阻力是多少？ 2．解：（1）50g柴油完全燃烧放出热量： Q放＝mq＝50×10﹣3kg×4.5×107J/kg＝2.25×106J； （2）由η可知拖拉机做的有用功： W＝ηQ放＝40%×2.25×106J＝9×105J； （3）由W＝Fs可知拖拉机受到的牵引力：F6000N， 小汽车随拖拉机匀速运动时处于平衡状态，小车受到的拉力和阻力是一对平衡力，小汽车受到绳的拉力是F1＝f1＝2500N， 救援拖拉机匀速拉出小汽车过程，拖拉机受到牵引力、摩擦阻力以及绳端的拉力，三力平衡，同一根绳子，F2＝F1＝2500N， 则拖拉机受到的摩擦阻力：f2＝F﹣F2＝6000N﹣2500N＝3500N。 3．某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为5×10﹣2m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是80mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9×105Pa，曲轴转速为2400r/min，当汽油机满负荷工作时： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力； （2）汽油机的功率； （3）若汽油机在吸气冲程中吸入的空气质量与燃油质量之比为14：1，吸入的油气混合物的平均密度为1.5kg/m3，汽油的热值取4.5×107J/kg，则该汽油机的效率为多大？ 3．解：（1）已知活塞横截面积为S＝50cm2＝5×10﹣2m2，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为p＝9×105Pa， 由p可知做功冲程中燃气对活塞的平均压力： F＝pS＝9×105Pa×5×10﹣2m2＝4.5×102N； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功： W＝FL＝4.5×103N×8×10﹣2m＝360J， 飞轮转速为2400r/min＝40r/s，表示每秒飞轮转动40圈，活塞往复40次，对外做功20次， 所以汽油机的平均功率：P＝n207200W； （3）一个工作循环吸入混合物的体积：V＝SL＝5×10﹣3m2×8×10﹣2m＝4×10﹣4m3， 一个工作循环吸入混合物的质量：m混＝ρ混V＝1.35kg/m3×4×10﹣4m3＝5.4×10﹣4kg， 一个工作循环吸入汽油的质量：m油m混5.4×10﹣4kg＝3.6×10﹣5kg， 一个工作循环，汽油完全燃烧放出的热量： Q放＝qm油＝4.5×107J/kg×3.6×10﹣5kg＝1620J； 该车发动机的效率：η100%100%≈22.2%。 4．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，排水量60t，船的表面安装有太阳能电池板，太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。求： （1）第50s到第100s内牵引力所做的功； （2）第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率； （3）已知太阳辐射的总功率P＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中由于云层的反射和大气的吸收作用，大约有60%的能量损耗，太阳能电池的能量转化效率为15%，满足太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，需要太阳能电池板的最小面积。（球表面积公式为S＝4πr2，π取3.14） 4．解：（1）由图丙可知，第50s到第100s内，船做匀速直线运动，其速度：v＝0.5m/s， 由v可得，第50s到第100s内行驶的路程：s＝vt＝0.5m/s×（100s﹣50s）＝25m， 第50s到第100s内，由图乙可知，牵引力F＝8×104N， 则第50s到第100s内牵弓引力所做的功：W＝Fs＝8×104N×25m＝2×106J； （2）由题可知，太阳能电池板接收太阳能的功率为1.6×105W， 第50s到第100s的运动过程中，太阳能船接收到的太阳能： W太＝Pt＝1.6×105W×50s＝8×106J。 则太阳能船的效率：η100%100%＝25%。 （3）当太阳垂直电池板照射时所需面积最小设为S， 若无能量损失，太阳能电池接收太阳能功率P′，则有：，S0＝4πr2， 太阳能电池实际接收功率P＝（1﹣60%） P′， 由于P电＝P×15%，联立以上各式可解得：S＝1884m2。 二、电热综合 5．小明一家驾车外出旅游，汽车牵引力功率恒为，到达目的地用时4h，汽车消耗汽油20L。已知汽油价格为7.81元/L，热值为，密度为。问： (1)20L汽油完全燃烧释放出多少热量？ (2)该行程中，汽车的热机效率是多少？（结果精确至1%） (3)交通领域“以电代油”可以来实现“减碳”目标。小明对市场上某型号的一款纯电动汽车进行调研，下表是小明整理得到的部分数据，若行驶相同距离纯电动汽车与燃油汽车牵引力做功相同，通过计算说明，驾驶燃油汽车和纯电动汽车，哪种车型更经济？ 车型 能源种类 测试距离 耗能 电费 电能转化为机械能的效率 纯电动汽车 电能 100km 20kW·h 0.5元/kW·h 80% 5．解：（1）由可知，消耗汽油的质量： ， 20L汽油完全燃烧释放的热量： ； （2）汽车牵引力做功：， 汽车的热机效率：； （3）驾驶纯电动汽车，牵引力做功：， 消耗的电能：， 驾驶纯电动汽车，消耗电能的费用：， 驾驶燃油汽车，消耗汽油的费用：， 则驾驶纯电动汽车更经济。 6．如图甲是小明同学网购的一款煮茶器，图乙是它的工作原理图，R1、R2是电加热丝，R1的阻值为48.4Ω，S为切换开关，“保温”与“煮茶”的总加热功率之比为1：4。指示灯A、B的阻值忽略不计，R1、R2的阻值不随温度而改变。 （1）求煮茶时R1的电功率。 （2）求R2的电阻值。 （3）若茶水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）茶水的吸热效率为80%，将质量为1kg的茶水从20℃加热至100℃，求加热时间。 6．解：（1）当开关S与左侧触点接通时，R1与指示灯A串联，煮茶器处于“煮茶”状态，由此可得煮茶时R1的电功率：P11000W； （2）根据“保温”与“煮茶”的总加热功率之比为1：4，由此可知P保温250W， R总193.6Ω， 因为指示灯A、B的阻值忽略不计，R1、R2的阻值不随温度而改变，因此利用串联电路总电阻与分电阻的关系求出R2的电阻值大小：R2＝R总﹣R1＝193.6Ω﹣48.4Ω＝145.2Ω； （3）将水加热至100℃过程中水吸收的热量Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J， 电茶壶加热时消耗的电能W4.2×105J， 加热的时间t。 三、力电综合 类型一 偏电学 7．在实践活动中，物理小组计划制作一个水位显示仪，用电流表来显示蓄水池水位的高低。小组选用了电压恒为6V的电源、最大阻值为20Ω的均匀弧形电阻片R、多个定值电阻、量程为0﹣0.6A的电流表、轻质滑杆和细杆（不考虑重力和摩擦）、浮子（m＝0.2kg）等器材。设计要求是：当滑片滑动到电阻片的一端时，电流表示数恰好达到满偏（量程的最大值），指针位置表示蓄水池规定的最高水位；当滑片滑动到电阻片的另一端时，电流表指针所指位置表示规定的最低水位。小明利用器材设计了一个符合要求的装置，其中滑片P与滑杆连接，滑杆可绕固定轴O转动，另一端通过轻质细杆连接浮子，如图所示。，求： （1）当水位达到最高水位时，浮子受到的浮力是多少N？ （2）当水位达到最高水位时，已知容器底部受到水的压强是2×103Pa，则容器底部到最高水位的距离是多少m？ （3）当水位最低时，此时电路中R0消耗的功率为多少W？ 7．解：（1）浮子始终处于漂浮状态，所受浮力与自身的重力相等， 浮力F浮＝G＝mg＝0.2kg×10N/kg＝2N； （2）根据公式p＝ρgh得容器底部到最高水位的距离 ； （3）由题意知，水位达到最高水位，滑片滑动到电阻片的一端时， 电流表示数刚好达到满偏，故R接入电路阻值0，电路中电流0.6A，则R0的阻值 ， 当水位最低时R全部接入电路，两个电阻串联，电路中电流最小， ， 则R0消耗的功率PR0＝（0.2A）2×10Ω＝0.4W。 8．某物理研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。OBA为水平杠杆，OA长100cm，O为支点，OB：BA＝1：4；已知报警器R0的阻值恒为10Ω，压力传感器R固定放置，压力传感器受到的压力F与R的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表的示数为1V；当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到2V时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为0～3V。求： （1）电源电压； （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力； （3）当托盘受到的压力为120N时，报警器是否报警。 8．解：（1）当托盘空载时，电路中的电流：I10.1A， 此时传感器的电阻为R＝30Ω， 则电源电压U＝I1（R0+R）＝0.1A×（10Ω+30Ω）＝4V； （2）当报警器开始报警时，电路中的电流：I20.2A； 传感器的电阻：R′10Ω； 从图乙可知，此时传感器受到的压力为20N； （3）根据杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2，可知F托盘×OB＝F×OA； 由于OB：BA＝1：4，可得OB：OA＝1：5， 压力传感器受到的压力F'＝F'托盘120N24N， 由于报警时F＝20N，而此时F'＞F，因此报警器报警。 9．喜爱体操运动的小华设计了如图甲所示平衡木模型，整个装置放在水平地面上，横木AB可绕支点O无摩擦转动，AB始终处于水平静止状态，C处正下方固定一实心硬杆，硬杆的底部安装了压敏电阻，AB与硬杆通过一小段较结实的细绳相连（细绳未画出，其体积忽略不计），压敏电阻所在的电路如图乙所示。已知AB＝5m，OA＝BC＝1m，电源电压恒为3V，压敏电阻的阻值R随地面对它的支持力F变化的关系式为：R＝35（Ω）。整个装置除硬杆以外，其它部分的重力均不计。物体间相互作用力的大小相等、方向相反。当重360N的小华站在A点时，开关S闭合后，此时电流表的示数为0.1A。 （1）当小华在A点时，开关S闭合，此时压敏电阻的阻值和细绳对横木AB的作用力分别是多少？ （2）硬杆的重力多大？ （3）当电流表的示数为0.2A时，小华距B点多远？ 9．解：（1）①当小华在A点，开关S闭合时，电流表的示数为0.1A，压敏电阻阻值为R30Ω； ②对于杠杆AB，动力为360N，动力臂为OA＝1m，阻力臂为OC＝AB﹣BC﹣OA＝5m﹣1m﹣1m＝3m 细绳对横木AB的拉力（阻力）为F2120N， （2）由R＝35（Ω）得，地面对压敏电阻的支持力F为F＝12×（35﹣R）N＝12×（35﹣30）N＝60N， 硬杆的重力为G杆＝F2+F＝120N+60N＝180N； （3）当电流表示数为0.2A时，压敏电阻阻值为R′15Ω， 由R＝35（Ω）得，地面对压敏电阻的支持力F'为F′＝12×（35﹣R）N＝12×（35﹣15）N＝240N， 大于硬杆的重力180N，说明此时横木对硬杆有向下的压力，大小为F压＝240N﹣180N＝60N， 横木受到硬杆竖直向上的支持力与横木对硬杆向下的压力是一对相互作用力，大小相等，所以横木受到硬杆竖直向上的支持力FC为60N，小华与硬杆在支点的同一侧（支点的左侧）；设此时小华到支点的距离为l1，根据杠杆平衡条件G人×l1＝FC×OC， 得到小华到支点的距离l10.5m， 小华到B点的距离为l＝1m+3m﹣0.5m＝3.5m。 10．如图所示为某型号氢能源汽车的自动测定液态氢含量的电路原理图，其中电源电压恒为18V，R0为定值电阻。A为液态氢含量表（实际是一只量程为0～0.6A的电流表，燃料箱容量为50L，装满液态氢时，电流表满偏），Rx为压敏电阻，其阻值与燃料箱内的液态氢体积的关系如下表所示，燃料空箱质量为1kg。（一定条件下液态氢密度为ρ＝0.07×103kg/m3，g取10N/kg） 燃料箱中液态氢的体积V/L 0 10 20 30 40 50 对应的压敏电阻阻值Rx/Ω 120 100 80 60 40 20 （1）求定值电阻R0的阻值； （2）若压敏电阻的受力面积为0.3m2，该电阻受到的压强为143Pa时，此时燃料箱中有多少液态氢？ （3）若燃料箱装满液态氢时，要使对应的电流表示数为0.5A，试通过计算说明可以采取的具体措施。 压敏电阻与液态氢体积关系： 10．解：（1）由图可知，开关S闭合时，压敏电阻Rx与定值电阻R0串联，电流表测量电路中的电流； 已知电源电压U＝18V，电流表满偏，示数为I最大＝0.6A， 根据可得电路总电阻：， 由表中数据可知，当燃料箱装满液态氢，体积V＝50L时，压敏电阻阻值Rx＝20Ω， 根据串联电路的电阻规律可得，定值电阻R0的阻值：R0＝R﹣Rx＝30Ω﹣20Ω＝10Ω； （2）由得，电阻受到的压强为143Pa时，电阻所受压力：F＝pS＝143Pa×0.3m2＝42.9N 燃料箱与燃料的总重力：G总＝F＝42.9N， 由G＝mg得，燃料箱与燃料的总质量：， 液态氢的质量：m燃料＝m总﹣m空箱＝4.29kg﹣1kg＝3.29kg， 由可知，燃料的体积：； （3）若燃料箱装满液态氢时，要使对应的电流表示数为0.5A， 由欧姆定律可得，此时电路中的总电阻：， 液态氢装满时，压敏电阻受到的压力不变，它的电阻不变，Rx＝20Ω， 此时定值电阻的阻值：R0'＝R'﹣Rx＝36Ω﹣20Ω＝16Ω。 所以，应该在电路中再串联一个6Ω的电阻或者把R0替换为16Ω的电阻。 类型二 偏力学 11．物理兴趣小组设计了模拟实验，装置如图甲所示。A为封闭的长方体金属块，其底面积为100，底面积为300的圆柱槽中装有某种未知密度的液体。现将金属块A从槽底匀速捞起，装置由电动机提供动力，绳索上连接有拉力测量仪，其内部结构如图乙所示，电压恒为12V，为定值电阻，力敏电阻的阻值随拉力的变化图像如图丙所示。在向上捞起过程中，绳索拉力F与金属块底面到槽底的距离h关系如图丁所示。（不计绳重和摩擦及液体的阻力，不计物体表面附着液体的影响，捞起过程中金属块不与槽侧壁接触，连接拉力测量仪的绳索足够长）。求： (1)金属块未露出液面时，数显电流表的示数为0.4A，求的阻值； (2)当数显电流表的示数为0.25A时，金属块受到的浮力； (3)当金属块底面到槽底的距离时，液体对容器底部的压强。 11．解：（1）由图丁知，0～0.08m过程中，金属块浸没在水中，此时拉力大小为20N，由图丙知道，此时力敏电阻的阻值是10Ω，由图乙知道，与串联，由于数显电流表的示数为0.4A，故由欧姆定律知道，电路的总电阻， 由串联电路电阻的特点知道，的阻值； （2）当数显电流表的示数为0.25A时，电路的总电阻， 由串联电路电阻的特点知道此时， 由图丙知道，此时力敏电阻受到的拉力约是F=0.5N，由图丁知道，金属块底面到槽底的距离h等于0.12m后，金属块全部出液面后的拉力大小为29N，由此可知，金属块的重力 ， 由金属块受力平衡知道，金属块受到的浮力F浮=G-F=29N-0.5N=28.5N； （3）由图丁知道，当h=8cm=0.08m时，金属块上表面刚好到达水面，金属块浸没在液体中排开液体的体积， 由知，液体的密度， 由图丁知道，拉力大小为29N，此时金属块下表面刚好到达水面，即未知液体的深度是12cm。当金属块底面到槽底的距离时，物体液体对容器底部的压强： 。 12．某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为9V，R0为定值电阻，滑动变阻器R的阻值、与弹簧的拉力F变化关系为R＝50﹣2F，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入50m深的湖底取出矿石样品M。返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图乙所示。在电压表示数从3V变为6V的过程中，电流表示数变化值为0.3A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度为1.0×103kg/m3）。 （1）水下机器人在50m深的湖底取样时受到湖水的压强； （2）定值电阻R0的阻值； （3）矿石M的密度。 12．解：（1）水下机器人在50m深的湖底取样时受到水的压强：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×50m＝5×105Pa； （2）由电路图可知，R0与R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流， 由图乙可知，当容器内水的深度在0～h1时，电压表的示数U1＝3V， 因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R0两端的电压：U0＝U﹣U1＝9V﹣3V＝6V， 电路中的电流：I1， 由图丙可知，当容器内水的深度大于h2时，电压表的示数U2＝6V， R0两端的电压：U0′＝U﹣U2＝9V﹣6V＝3V， 电路中的电流：I2， 因电流表示数变化值为0.3A，所以，I1﹣I20.3A，解得：R0＝10Ω； （3）当容器内水的深度在0～h1时，电路中的电流：I10.6A， 滑动变阻器接入电路中的电阻：R15Ω， 已知R＝50﹣2F，则F1N＝22.5N， 当容器内水的深度大于h2时，电路中的电流：I20.3A， 滑动变阻器接入电路中的电阻：R220Ω， 已知R＝50﹣2F，则F2N＝15N， 由于是往容器中缓慢注水，结合图丙可知： ①当容器内水的深度在0～h1时，矿石没有浸在水中，不受浮力，此时弹簧的拉力与重力平衡，拉力最大；②当容器内水的深度在h1～h2时，矿石浸在水中受浮力的作用，水的深度增加，浮力增大，拉力减小；③当容器内水的深度大于h2时，矿石浸没在水中，浮力最大且不变，此时拉力最小。 由于F1＝22.5N＞F2＝15N， 结合上述分析可知：矿石的重G＝F1＝22.5N，矿石浸没在水中时拉力为F2＝15N； 根据称量法测浮力可知，矿石浸没在水中时受到的浮力：F浮＝G﹣F2＝22.5N﹣15N＝7.5N； 根据F浮＝ρ水gV排可得矿石的体积：V＝V排7.5×10﹣4m3； 矿石M的密度：ρ3×103kg/m3。 四、热力电综合 13．重力储能是一种新型储能方式，它通过提升和放下重物实现能量的储存和释放，实现储能和发电，其能量转化过程如图甲所示．某风力发电和重力储能综合项目中，单个风力发电机组的平均发电功率为1720kW，某次风能充沛时，系统利用风能发电的富余电能将50t的重物从地面提升至36m的高度处，实现能量储存，如图乙所示．（柴油的热值为，g取10N/kg） (1)单个风力发电机组发电10min产生的电能，相当于完全燃烧多少千克柴油产生的热量？ (2)储能系统将50t重物缓慢提升至36m的高处，可储存多少机械能？ (3)若储能系统提升重物的效率为90％，将50t重物从36m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为，则重力储能系统储能和发电的综合转化效率（输出电能与输入电能之比）为多少？ 13．解：（1）单个风力发电机组的平均发电功率：P=1720kW=1.72×106W， 10min产生的电能：W=Pt=1.72×106W×10×60s=1.032×109J， 这些热量相当于完全燃烧柴油的质量：； （2）储能系统将50t重物匀速提升至36m高处的过程中，系统对重物所做的功： W有用=Gh=mgh=50×103kg×10N/kg×36m=1.8×107J， 即储存的机械能为1.8×107J； （3）重力储能系统放下重物发电的效率： ， 系统提升重物的效率η2=90%，则重力储能系统的综合效率： η=η1η2=94.4%×90%≈85% 14．家用燃气热水器是一种方便、快捷的洗浴设备。如表是某品牌家用燃气热水器的铭牌，使用燃气热水器需要防止在无水或水压过低的情况下进行“干烧”。为此，该热水器设计了“水气联动”装置，能够做到“水到气才到”（即：水从进水管流入，对膜片产生压力，膜片带动阀杆将阀门顶开，天然气得以通过阀门进入主火管道），其结构原理如图所示，水管出水口的面积为3cm2。[q天然气＝8×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3] （1）请观察“水气联动”装置的结构原理图。若膜片的面积是3cm2，请计算“水到气到”时水对膜片的最小压力为多少？ （2）水流在粗细均匀的管道中以0.5m/s的速度匀速流出，则每秒流出水的质量为多少？ （3）热水器以额定热功率工作，水流以0.5m/s的速度匀速流出，经加热后出水温度提高20℃，请计算此时对水加热的效率是多少？ 型号 XXX 燃气类型 天然气 额定热功率 1.5×104W 额定电压 3V（DC） 适应水压 2×104Pa～8×105Pa 14．解：（1）由表格参数可知，热水器的最小水压P＝2×104Pa， 由p可知，“水到气到”时水对膜片的最小压力：F＝Ps＝2×104Pa×3×10﹣4m2＝6N； （2）每秒流出水的体积：V＝Sh＝3×10﹣4m2×0.5m/s×1s＝1.5×10﹣4m3， 由ρ可知，每秒流出水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1.5×10﹣4m3＝0.15kg； （3）每秒水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.15kg×20℃＝1.26×104J， 每秒消耗的能量：W＝Pt＝1.5×104W×1s＝1.5×104J， 对水加热的效率：η84%。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$