中考物理应用计算

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1、中考物理专题探究第十二讲 应用计算（二） 主 讲 薛钰康 单 位 苏州工业园区星海实验学校问题一：具体实际的物理问题是复杂、 多样的，物理学家是如何进行研究的呢 ？我们说，物理学家经常通过建构模型 来进行解答的。请看专题四 四、物理问题的模型建构 模型建构是物理学研究的基本方法，如光线、杠杆、电路图等 都是一种模型。初中物理计算中建构模型的本质是正确分析清题意 ，将题目反映的物理状态或过程与我们头脑中已有知识体系中相应 的物理模型建立对应，从而运用该模型相关的物理规律进行问题的 解答。 例1：（07无锡）如图甲是小明设计的一种 测定风力的装置，它可以根据电压表的读数 反映风力大小，该装置的迎风

2、板与一轻弹簧 的一端相接，穿在光滑的金属杆上，弹簧是 用绝缘材料制成的，原长为0.5m，受到压力 后会缩短，其缩短的长度L与它所受的压 力F的关系如图乙所示。迎风板面积为0.5m2 ，工作时总是正对着风吹来的方向电路中 左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在N 点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属 杆接触良好金属杆粗细均匀，有一定的电 阻，每10cm长的金属杆其电阻为0.1电 路中电阻R1的阻值为1.5，电源电压为9V 。（1）合上开关S，没有风吹时，弹簧处于原长此时电压表的示数是多 少？ （2）由于风力的作用，迎风板向左压缩弹簧，从而使电压表读数为 7.5V，此时作用在迎风板上的风力多大？

3、 （3）若风速为20m/s，那么每分钟内有多少千克的空气冲击迎风板？（ 空气 = 1.3kg/m3） 正确的解题分析过程： 审题：（注意题上划线部分） 例1：（07无锡）如图甲是小明设计的一种测定风力的装置，它可以 根据电压表的读数反映风力大小，该装置的迎风板与一轻弹簧的一端 相接，穿在光滑的金属杆上，弹簧是用绝缘材料制成的，原长为0.5m ，受到压力后会缩短，其缩短的长度L与它所受的压力F的关系如图 乙所示。迎风板面积为0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向电路 中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在N点并可随迎风板在金属 杆上滑动，且与金属杆接触良好金属杆粗细均匀，有一定的电阻， 每1

4、0cm长的金属杆其电阻为0.1电路中电阻R1的阻值为1.5，电 源电压为9V。（1）合上开关S，没有风吹时，弹簧处于原长此时电压表的示数是多 少？ （2）由于风力的作用，迎风板向左压缩弹簧，从而使电压表读数为 7.5V，此时作用在迎风板上的风力多大？ （3）若风速为20m/s，那么每分钟内有多少千克的空气冲击迎风板？（ 空气 = 1.3kg/m3） 本题首先是一个弹簧模型和滑动变阻器模型结合的 问题，其电路图为： 第（1）（2）问 弹簧模型的力与压缩量之间的关系用图像表示出来 了，是正比例关系；其次金属杆部分实质是滑动变 阻器，其长度的变化影响电阻的变化，这样就把风 的压力的变化转变成电路中电

5、流的变化，然后通过 定值电阻上电压的变化所反映出来，因此该题的实 质是一个串联电路的计算问题。 第（3）问 空气冲击迎风板的本质是一个空气柱体模型，如图 以板面为底、一分钟空气流过的距离为高的空气柱 的质量即是每分钟撞击迎风板的空气量。解题过程思路分析：例2：（08常州）“512”坟川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐 赠一批柴油发电机这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷 式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内 容如表所示现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电， 如图所示发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为 GBCZ60型单股

6、铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.510-4m.安置 区家用电器的总功率为44kW,当这些家用电器都正常工作时，求： (1)输电线路中的电流多大？ (2)输电线路损失的电功率多大？ (3)发电机实际输出电压多大？ (4)该柴油发电机工作过程中， 每小时消耗18kg柴油，柴油完全 燃烧产生的内能转化为发电机输 出电能的效率是多少？（柴油热值是3.3107J/kg) 学生的错误：（1）输电线路中的电流：（2）输电线路损失的电功率：（3）发电机实际输出电压：点评：输电问题是学生很不易清楚而出错的，主要是同学们缺乏输电线路模型。正确的解题分析过程： 审题：（注意题上划线部分）例2：（08常州）“51

7、2”坟川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐 赠一批柴油发电机这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷 式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内 容如表所示现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电， 如图所示发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为 GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.510-4m.安置 区家用电器的总功率为44kW,当这些家用电器都正常工作时，求： (1)输电线路中的电流多大？ (2)输电线路损失的电功率多大？ (3)发电机实际输出电压多大？ (4)该柴油发电机工作过程中，每小时消耗18kg柴油，柴油完全

8、燃烧产 生的内能转化为发电机输出电能的效率是多少？（柴油热值是3.3 107J/kg) 思路分析： 首先建构物理模型，实际输电 模型如右图所示，我们将用户 与输电导线电阻之间的关系可 看作串联，安置区用户看作一 个用电器，这是一个最基础的 串联电路,相信同学们能自行 求解了。 解题过程模型的建构是物理学常用的方法，正确建构能很快抓住问题的 本质、并将其图形形象化，能迅速找到解决问题的方法，做到事半 功倍。这是典型的“将复杂问题简单化”的物理化思维。归纳五、物理计算中的表格与图像 例1：（08镇江）有一种半导体材料的电阻值随着光照射强度的变化而 明显改变，用这种材料制作的电阻称为光敏电阻物理学上

9、用“光强”这 个物理量来表示光强弱的程度，符号为E，国际单位为坎德拉(cd)，某 光敏电阻的阻值R与光强E之间的一组实验数据如下表所示：问题二：那么物理图像与表格数据又是如何反映物理规 律的呢？(1)分析上表数据，根据光敏电阻的阻值R随光强E变化的规律，填写表格空 格处的电阻，并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为 R= (2)小明将该光敏电阻R、电流表(量程为0 0.6A)、电压表(量程为03V)、开关、滑动变阻 器R0(最大阻值为50)和电压恒为6V的电源组成 如图所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器 使电流表的示数为0.4A时，电压表的示数为 2.4V，此时，光敏电阻所在处的光强

10、为多大?(4)若用该光敏电阻制作成如图所示的电磁继电器 来控制路灯L，要求当光照减弱到一定光强时，电 磁继电器能接通路灯L，则路灯L所在电路的M、N 触点应安装在衔铁的 (上方下方) (3)在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会超过电流表的量程，滑动 变阻器两端的电压可能会超过电压表的量程若光敏电阻处的光强在2.0 cd 至4.5cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变阻器允许连入电路的 阻值范围解析：半导体器件的问题也是近几年各地中考命 题经常出现，半导体材料的伏安特性一般是非线 性关系，可能有些半导体局部有线性关系，所以 其物理量的关系往往用表格或图像呈现。正确的解题分析过程： 审题

11、：（注意题上划线部分） (1)分析上表数据，根据光敏电阻的阻值R随光强E变化的规律，填写表格空 格处的电阻，并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为 R= (2)小明将该光敏电阻R、电流表(量程为00.6A)、电压表(量程为03V) 、开关、滑动变阻器R0(最大阻值为50)和电压恒为6V的电源组成如图 所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电流表的示数为0.4A时，电 压表的示数为2.4V，此时，光敏电阻所在处的光强为多大?(4)若用该光敏电阻制作成如图所示的电磁继电器来控制路灯L，要求当光照 减弱到一定光强时，电磁继电器能接通路灯L，则路灯L所在电路的M、N触 点应安装在衔铁的 (上方

12、下方) (3)在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会超过电流表的量程，滑动 变阻器两端的电压可能会超过电压表的量程若光敏电阻处的光强在2.0 cd 至4.5cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变阻器允许连入电路的 阻值范围（1）观察表格数据可以看出光强与光敏电阻有线性关系，运用数学知识， 本题为，运用待定系数法即可找出其表达式。（2）光敏电阻与滑动变阻器串联，如图，运用 串联规律和欧姆定律可以求出此时光敏电阻的 值，从表格中找出对应的光照强度。 思路分析：（3）初中电学中的范围问题，要注意由于电路中电阻变化引起电流表与 电压表的示数变化趋势，特别是它们的变化趋势相反的情形，要抓住端 值

13、条件进行求解，找出均安全的阻值范围。本题光强下限端值E=2.0 cd时，光敏电阻的阻值为 18，电源电压6V，电流表不可能超量程，但要电压 表不超量程，滑动变阻器接入电阻有限制，求出电压 表为3V时的滑动变阻器接入电阻； 本题光强上限端值E=4.5 cd时，光敏电阻的阻值为 8，电源电压6V，因此，要针对电流表不超量程为 0.6A和电压表不超量程为3V，分别求出滑动变阻器接 入电阻。结合上面计算，确定均安全的阻值范围。 友情提示：同学们在处理此类问题时往往会想当然， 总以为滑动变阻器总是能调置最大的而不加判断认为 上限就是最大阻值，或者也有同学认为最小就是0，这 种想当然要不得。（4）光照减弱

14、，光敏电阻阻值变大，电路中电流变小，电磁铁磁性变弱 ，弱到一定程度时衔铁在弹簧作用下向上弹起，要使路灯工作，此时应 使路灯电路开关闭合形成通路，因此要用上两个触点开关。解题过程例2：（08南通）图甲和图乙是利用热敏电阻来测量温度的原理图电 源电压均为20V且保持不变，定值电阻R0的阻值为30则： (1)图甲中电流表的示数为0.3A时，热敏电阻两端的电压和消耗的功率 分别是多少？ (2)图乙中电压表的量程为015V，热敏电阻R的阻值随温度的变化关系 如图丙所示，试求此电路能测量的最高温度。 正确的解题分析过程： 审题：（注意题上划线部分）例2：（08南通）图甲和图乙是利用热敏电阻来测量温度的原理

15、图电 源电压均为20V且保持不变，定值电阻R0的阻值为30则： (1)图甲中电流表的示数为0.3A时，热敏电阻两端的电压和消耗的功率 分别是多少？ (2)图乙中电压表的量程为015V，热敏电阻R的阻值随温度的变化关系 如图丙所示，试求此电路能测量的最高温度。 （2）从图像中反映温度越高热敏电阻阻 值越小，由电路图可知，电路中电流越大 ，电压表示数越大，但电压表的量程是 015V，最大允许达15V，此时，即为电路 测量的上限温度。思路分析：（1）本题条件如图，是较简明的串联电路的 计算。解题过程图像的优点能表述出两个物理量间连续变化的规律，但如果一定要找 出该规律的数学表达式则也是个难点有时我们

16、为了清楚表格数据的连续 变化关系，也可以画出其变化图像。点评：表格与图像分别是物理学三大表述方法 之一。数据表格的优点是能清晰和具体的反映 相关物理量的几组确定数据间对应关系，但缺 点是它是反映的有限的几组数据，两物理量的 一般关系要我们从数据变化规律中找寻，这是 表格数据处理的一个难点而图像则是既能表 述线性的物理规律，如图甲的电阻性元件的伏 安特性关系：总之，我们要会正确读图、识图，从图像上获取有效信息（或说是 物理已知条件）来解答相关问题。表格与图像分析是实验归纳法所必备 的物理分析法，而归纳法是物理学得以发展的最重要的方法。 也能表述非线性的物理规律，如图乙、丙 等半导体元件的伏安特性关系：问题三：能量法是物理学的两条主线之一，能源危机催生能量效 率的问题，能流图能很好直观反映能量的转化与转移的方法。 六、能量转化与效率 (2)普通汽车排出的高温尾