电学力学综合题

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1、电学力学综合题1、小强同学利用学过的物理知识设计了一个拉力计，图甲是其原理图，硬质弹簧右端和金属滑片P 固定在一起（弹簧的电阻不计，P 与 R1间的摩擦不计） ，定值电阻R0=5，a b 是一根长5 cm 的均匀电阻丝，其阻值为25 ，电源电压U=3V ，电流表的量程00.6A ，请回答：（1）小强在电路中连入R0的目的是。（2）当拉环不受力时，滑片处与a端，闭合开关S 后电流表的读数是多少？（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，通过计算说明，开关S 闭合后，当电流表指针指在0.3A 处时，作用在拉环上水平向右的拉力是多大？解： （1）电路中接入R0的目的是保护电流

2、表（2）当拉环不受拉力时，滑片P 处于 a端，闭合开关S后电流表的读数应为 I=U/R0+R1=3V/5 +25 =0.1A （ 3）当电流表读数为O.3A 时，根据欧姆定律，可得R0 两端的电压为U0=I1R0=0.3A 5=1.5V ，则 R1 两端的电压为：U1=U-U0=3V-1.5V=1.5V ，故 R1 接入电路部分的电阻R1=U1/I1=1.5V/0.3A=5 ，因电阻丝的电阻值与长度成正比，故可知弹簧被拉长的长度为L=L/R1（ R1-R1） =5cm/2520=4cm，对照图乙，可知作用在拉环上的水平向右的拉力为F=400N2、如图所示是小星利用所学物理知识设计的电子称的示意

3、图，托盘、弹簧上端和金属滑片P 固定在一起，定值电阻 R0=5，ab 是一根长为5cm 的均匀电阻丝，电阻R=20，电源电压U=3V ，电流表的量程为00.6A ， （弹簧的电阻不计， P 与 R 间摩擦不计）求：（1）在托盘中无物体时，使金属滑片P 处于 R 最上端，闭合开关后，电流表的读数为多少？（2）已知该弹簧压缩的长度L 与所受压力F 的关系如下表所示，开关S 闭合后，当电流表指针指在0.2A 处时，托盘中物体的质量为多少？解： （1）在托盘中无物体时，P 处于 R 最上端， R=20，R0=5，R总=R+R0=20+5=25，电流表示数： I=U/R总3V/25=0.12A（2）当

4、I=0.2A 时， U0=IR0=0.2A 5=1VU 变 =U-U0=3V-1V=2V ，R 变=2V/0.2A=10 ，电阻线的长度L=10/20 5cm=2.5cm 当 L=2.5cm 时，查表压力：F=25N，托盘物体的质量：m=G/g=25N/10N/kg=2.5kg 答： （1）在托盘中无物体时，使金属滑片P 处于 R 最上端，闭合开关后，电流表读数为0.12A （2）开关 S 闭合后，当电流表指针指在0.2A 处时，托盘中物体的质量为2.5kg 3、如图所示，是某研究学习小组自制的电子称原理图，它利用电压表是示数来指示物体的质量，托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，托盘和弹

5、簧的质量不计，OA 间有可收缩的导线，当盘中没有放物体时，电压表的示数为0。已知电阻R0=5，滑动变阻器最大阻值为15 ，电源电压的U=3V ， 电压表的量程为03V，现将 1kg的物体放在托盘中，滑片刚好距R 上端 1/3 处（不计摩擦，弹簧始终在弹性限度内），请计算回答：（1）将 1 kg 的物体放在托盘中时，电压表的示数是多少？（2）该电子称能测量的最大质量是多少？此质量数应标在电压表多少伏的位置上？解： （1）将 1 kg 的物体放在托盘中时，滑片在1/3 处，则 R 接入的电阻为5 ，此时 R 和 RO电阻相同，各分担一般的电压，所以电压表的示数为1.5V (2)1kg 的物体放在托

6、盘中，滑片刚好距R 上端 1/3 处，因为弹簧的压缩跟受到的压力成正比，所以当滑片在R 的最下端时，所测的最大质量为3kg. 这时电路中的电流为I=U/(R+R0)=3V/(15 +5)=3/20A 电压表的示数为U=I R=3/20A 15 =2.25V 质量数应标在电压表的2.25 伏的位置上。4、小雯设计了一个测量物体重力的托盘称，如图是原理示意图，其中的托盘用来放置被测物体的，OBA 是可以绕0 点转动的杠杆，R1是压力传感器， （其电阻值会随所受压力大小变化而变化，变化关系如下表），R0为定值电阻，为显示重力大小的仪表（实质上是一个量程为03V 的电压表），已知 OA OB=2 1，

7、R0=100 ，电源电压恒为3V（忽略托盘、杠杆及压杆的重力）（1）拖盘上没有物体时，压力传感器R1的电阻值（2）当托盘上放被测物体时，电压表的示数如图所示，则此时压力传感器R1上的电压是多少？（3）第（ 2）题中被测物体的重力是多少？解： （1）由表格可知，当压力为0时，压力传感器的电阻为 300；（2）电压表量程为03V，则最小分度为0.1V，则示数 U0=2V ；由串联电路的电压规律可得：U1=U-U0=3V-2V=1V ；（3）对 R1 由欧姆定律可得：I1=I0=U0/R0 =2V/100 =0.02A ；R1=U1/I1=1V/0.02A=50 ；查表得： F=250N；由杠杆的平

8、衡可得：G lOB=F lOA G= F lOA/lOB= 250N 2/1 =500N；答： （1） 压力为 0 时，压力传感器的电阻为300；（2） 压力传感器R1 上的电压是1V；（3） 被测物体的重力是500N5、某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻质弹簧一端相连，穿在光滑的金属杆上，弹簧由绝缘材料制成，均匀金属杆的阻值随长度均匀变化，工作时迎风板总是正对风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆M 端相连，右端导线接在迎风板上N 点并可随迎风板在金属杆上滑动，两端导线与金属杆均接触良好。已知电源电压恒为4.5V ，定植电阻R=1.0，金属杆接入电路中Rx与

9、迎风板所承受的风力F 的关系如乙所示，（1）若电路中接入一个电压表，使电压表示数随风力的增大而增大，请在适当的位置画出电压表。（2）无风时，求电压表的示数和定值电阻R 消耗的电功率；（3）如果电压表的量程为03V ，求该装置所能测量的最大风力解： 1、电压表应与电阻R 并联即可2、由图乙可知，当无风时，即F=0N 时， Rx=3.5，那么 R总=4.5，I=4.5V/4.5 =1A 故：电压表的示数（即加在R 两端的电压）为U=1A 1.0=1V,R 消耗的规律为P=1A1V=1W 作图（略）3、当电压表的示数为最大值Umax=3V 时，电路中电流为I=3V/1.0 =3A 则加在 Rx 两端

10、的电压为4.5V-3V=1.5V ，此时 Rx=1.5V/3A=0.5 查图乙中的表中数据可知，当Rx=0.5时，对应的风力为F=720N 即：该装置所能测量的最大风力为720N。6、某学校运动场离学校电控室有一段距离,运动场内安装了一盏规格为“ 220V 1KW”的碘钨灯， 已知电控室的电压恒定为220V 电控室到碘钨灯之间的距离为100m，所用电线为某个品牌的铜芯橡皮绝缘线。下表是所列是该品牌的不同横截面积的铜芯橡皮绝缘线在常温下安全载流量（即长时通电时的最大安全电流）。（1）要求所选铜线符合适用和经济的原则，请你通过计算说明，所用电线选用的是哪一种铜芯导线？（2）若所使用的铜芯导线每米长

11、电阻为0.017 ，求使用碘钨灯时，输电线上损失的电功率为多大？（3）照明一小时，碘钨灯所消耗的电能是多大？导线横截面积S/mm20.5 1 1.5 2.5 4 6 10 安全载流量I/A 4 8 12 20 25 32 50 解：1.使用碘钨灯时 ,输电线路上的最大电流：I=P/U=1000W/220V=4.55A 查表可知要选择1mm2的铜芯橡皮绝缘线；2.每 100m 的铜芯橡皮绝缘线电阻为：r=1.710-2100 =1.7 碘钨灯的电阻为：R灯=U2/P=220V2/1000W=48.4 欧；线路中的总电阻为：R总=2r+R灯=21.7+48.4=51.8电路中的实际电流为：I=U/

12、R总=220V/51.8 =4.25A 输电线路上损失的电功率为：P损=I2R 线=(4.25A)221.7=61.4W 3.碘钨灯的实际功率：P灯=I2R 灯=（4.25A）248.4=874.2W 照明一小时 ,碘钨灯所消耗的电能是W灯=P灯*t=874.2W 3600s=3.15 106J=0.874kw.h 7、如图所示是一种电压力锅简易原理图,A 为密闭锅体 ,锅盖面积为400cm2.R 1为工作时的加热电阻,L 为指示灯 ,其电阻为20,R2为保温电阻 ,S1为电源开关 ,S2为压力开关，闭合S1后，电路通过R1对电力压力锅加热，当锅内气体压强达到设定值时，水开始沸腾， 锅底向下移

13、动， 压力开关与触点a 断开，并与 b 点接通， 起到控压控温的目的，此时保温电路的总功率为20W。表一水的沸点T 与气体压强p 的关系T/100 105 110 112. .114. 116. 118 120 p/kpa 101 121 143 154 163 175 187 199 （1）当锅内 121kp 时，锅内气体对锅盖的压力是多少？（2）保温电阻R2的阻值多大？（3）已知锅内水的质量为m，初温为T0、比热容为c，为了求出电压锅从开始加热到锅气压到设定值时的效率，只要测出闭合开关S1到电路中； 的时间 t，就可推导出效率的表达式=（用已知量表示）解：(1)由 P=F/S 得 F=PS

14、=121000Pa0.04 平方米 =4840N (2)由 P=U 平方 /R 得保温时总电阻RU2/P（ 220V）2/20W=2420 欧所以 R2RR灯2420 欧 20 欧 2400 欧。(3)只要测出闭合开关S1到电路中（S2接触 b点或 S2离开 a点） 时间 t,就可以推导出效率的表达式：cm(116-t0)/ （1000t）过程讲解：高压锅里的水能升温是因为电能转化为热能或内能。题目中所说的效率就是因为实际生活电能转化成热能不是百分之百被水吸收，还有小部分散热到空气中。题目中的功率是1000W，因为有小部分能量是散失掉的，所以就相当于一个比1000W 小的功率 P，我们假想这个

15、P完成转化为水升温的能量。所以效率就为p/1000 电能公式 WPt,Q吸 cm(t 末-t0)(t 末为末温，即压强设定值175 帕时对应的116 度， t0初温 )根据能量守恒WQ 有 P Q吸/t=cm(116-t0)/t 所以效率为 = p/1000 cm(116-t0)/（1000t）8、同学们研制了一种测量手压力大小的电子称,其测力部分的原理如图甲所示,它主要由手压板、杠杆OAB ，压力传感器R（电阻值会随所受压力的大小发生变化的变阻器）和显示压力大小的仪器A（实质是电流表）构成，其中 OA OB=12，且已知压力传感器R 的电阻与它所受的压力F 的关系如图乙所示。接通电源后，压力

16、传感器两端的电压横为4.8V。手压板和杠杆的质量不计。求：（1）若某同学对手压板的压力为400N 时，压力传感器上受的压力多大？此时，电流表的示数多大？（2）若压力传感器R 表面能承受的最大压强为4 106pa，压力杆与压力传感器之间的接触面积是3cm2,则压力传感器 R 表面能承受最大压力为多大？（3）该电子称的测量范围。解： （1）根据杠杆平衡条件得：F1 OB=F2OA ，压力传感器受的压力：F2=F1 OB/OA=400N 2/1=800N ；由图乙可知此时R=200，电流表的示数I=U/R=6V/200=0.03A （2）压力传感器R 承受最大压力为：F2大=p大s=4106Pa310-4m2=1200N （3）由 F1OB=F2OA 得：手压板上的最大压力：F1大=F2大OA/OB=1200N1/2=