江苏省 苏科版 初三物理 下学期 第十五章 电功和电热 汇编之综合应用类计算(有答案)
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第十五章电功和电热汇编之综合应用类计算一、计算题（本大题共10小题，共80.0分）1.图甲是某型号电子秤，其原理结构如图乙所示．R1、R2为定值电阻，R是压敏电阻，其阻值随所受压力F变化的关系如图丙所示，改写电压表（量程为3V）的表盘数值后可直接读出所称物体的质量．设踏板的质量为5Kg，电源电压保持9V不变，g 取10N/kg．（1）S1闭合，S2接a，空载时，电压表的示数为1V，求R1的阻值；（2）S1闭合，S2接a，求此时该电子秤的量程；（3）S1闭合，S2接b，如果保持电压表量程不变，电子秤的量程为110kg，求满载时R2消耗的功率．2.在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电源电压恒为16V，R0为定值电阻，L为额定电压是2.5V的小灯泡，其I-U关系的部分数据如图乙所示，AB为长14cm、阻值60Ω粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP为质量、电阻均不计的金属细杆，下端连接一个重2N的圆球P．闭合开关S，无风时，OP下垂并与A端接触，此时电流表示数为0.2A；有风时，OP绕悬挂点O转动，风对球的作用力F方向始终水平向右，已知OA为10cm，OP 始终与AB接触良好且无摩擦；求：（1）电流表示数为0.2A时，灯泡的电阻为______Ω；（2）无风时R0消耗的电功率。
（3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力。
3.如图甲是一种电子秤的原理示意图．图中R是压力传感器（电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻），重量不同的物体放在托盘里，通过压杆对R施加的压力不同，R的阻值和电压表的读数就发生对应改变，电压表的读数就可表示出物体的重量大小．已知电阻R0=60Ω，R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示，R表面能承受的最大压强为2×106Pa，压杆与R的接触面积是2cm2，如托盘和压杆的质量可以忽略不计，电源电压9V恒定不变，取g=10N/kg求：（1）压力传感器R能承受的最大压力是多大；（2）当电压表的示数为3V时，托盘中所放物体的质量是多少；（3）空载和满载（R受最大压力时）两种情形R0所消耗的电功率之比．4.图甲是某班科技小组设计的风力测定装置示意图，图乙是其电路图．电阻R′随风力变化关系如图丙所示．已知电源电压恒为9V，定值电阻R0=2Ω，电压表量程为0～3V．使用该装置测定风力，则（1）电阻R′的阻值随风力的增大怎样变化？（2）求无风时电压表的示数．（3）如果保持电压表量程不变，且只能在电路中增加一个电阻R，使该装置能测量的最大风力增加到900N，计算电阻R的阻值，并说明其连接方式（4）计算改装后该装置电路总功率的变化范围．（计算结果保留一位小数）5.图甲是汽车的一种自动测量油箱内油量的简易装置，R是阻值均匀的变阻器，它的滑片连在杠杆的一端，当油箱内油面发生变化时，浮标通过杠杆使滑片P在电阻R 上滑动，引起油量表的指针偏转。
油量表实际上是一个有“0～0.6A”和“0～3A”两个量程的电流表，电源电压为12V且保持不变，R0=10Ω．当长方体油箱中有55升汽油时，油量表的指针满偏，此时R0两端的电压为6V；当油箱中的汽油还有5升时，滑片P刚好在R的中点，油量表的示数如图乙所示，此时报警电路（图中未画出）开始自动报警，提醒司机尽快加油。
油箱中汽油的体积V和变阻器接入电路的电阻R的关系如图丙所示。
问：（1）油箱装满汽油时R0消耗的电功率是多少？（2）变阻器R的总电阻是多少？（3）当油量表的示数为0.4A时，油箱里还有多少升汽油？6.在某次综合实践活动中，小明利用蓄电池（电压为24V）、电压表（量程为0～15V）校准电阻R0，滑动变阻器R（最大阻值为100Ω）等器材，设计了一种测定油箱内油量的方案（图甲），选配合适的校准电阻值，能够使油箱装满汽油，滑动变阻器的触片在某一端时，油量表示数为最大值（即电压表示数达到最大值）；油箱中的汽油用完，滑动变阻器的触片在另一端时，油量表示数为零（即电压表示数为零）。
（1）校准电阻除了可以校准表盘，还有什么作用？校准电阻的阻值为多少？（2）整个电路消耗的电功率的变化范围是多少？（3）另一个小组的小红同学设计了如图乙所示的电路，请你从能耗的角度分析这种方案的优点。
7.酒驾是造成车祸的主要原因之一，我国规定的饮酒驾车和醉酒驾车标准如下表，如图甲是对驾驶员进行现场检测的一种呼气式酒精气体浓度检测仪，用于检测驾驶人员呼出酒精气体浓度。
该酒精气体浓度检测仪的工作电路如图乙所示，传感器R1的电阻值与酒精其他浓度的关系如图丙所示，已知电源电压为10V，定值电阻类型标准（酒精气体浓度X）非饮酒驾车Χ＜0.2mg/mL饮酒驾车0.2mg/mL≤Χ＜0.8mg/mL醉酒驾车Χ≥0.8mg/mL（1）当被检测者的酒精气体浓度为0.8/时，电压表的示数是多少？（2）当电阻R2的功率是1.2W时，试通过计算判断被检测者是否酒驾？8.小明同学利用压敏电阻设计出判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘小球，小车始终在平直的轨道上向右运动。
压敏电阻R的阻值随所受的压力增大而减小，当小车向右作匀速直线运动时，绝缘球对小车的挡板及压敏电阻的压力均为零，压敏电阻R的阻值最大。
小车在整个运动的过程中，电流表的示数随时间的变化情况如图乙所示。
已知电源电压为6V，电阻R0为5Ω，小车在0～10s内作匀速直线运动，速度为0.5m/s。
求：（1）小车在0～8s内通过的路程是多少？（2）小车作匀速直线运动时，压敏电阻R的阻值是多少？（3）小车在0～20s内，当电路中电流最大时压敏电阻所消耗的功率是多少？9.有一种电子秤的原理如图所示，它由踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）、显示重力大小的仪表（实质是电流表）三部分构成。
其中AO长20cm，BO长5cm，压力传感器R的阻值与所受压力的关系如下表所示。
踏板和杠杆组件的质量忽略不计，电源电压为6。
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …电阻30 27 24 21 18 15 12 …R/Ω（1）重250的小学生站在踏板上，双脚与踏板的接触面积为0.025，小学生对踏板的压强为多少？（2）电子秤开机后且没有秤量物体时，压力传感器R消耗的电功率为多少？（3）当重200N的小学生站在踏板上时，通过压力传感器R的电流为多大（答案保留两位小数）（4）电子秤的电池使用较长时间后，电源电压会降低，为了保证秤量准确，则踏板触点B应向靠近______（选填“A”或“O”）方向移动。
10.小明设计了一个用电压表的示数变化反映环境温度变化的电路.其电路原理图如图甲所示.其中，电源电压U=4V(恒定不变),电压表的量程为0~3 V，是定值阻,R=300Ω,R1是热敏电阻，其电阻随环境温度变化的关系如图乙所示，闭合开关S后。
(1)热敏电阻R1的阻值为150Ω时,环境温度为______℃;环境温度降低时,电压表示数将______。
(2)当环境温度为40℃时,电压表的示数是多少?(3)两端的电压最大时，①通过R1的电流；②电路所允许的最高环境温度；③在此最高环境温度下,通电1min R，消耗的电能是多少?答案和解析1.【答案】解：（1）空载时，踏板的重力为：G=mg=5kg×10N/kg=50N，由丙图可知，此时压敏电阻的阻值R=240Ω，根据串联电路中总电压等于各分电压之和可知压敏电阻两端的电压：U R=U-U1=9V-1V=8V，由于串联电路中各处的电流相等，所以根据欧姆定律可得，电路中的电流：I1===A，R1的阻值：R1===30Ω；（2）电子称的质量最大时对应的电压表量程最大值，此时定值电阻两端的电压为3V，此时电路中的电流：I2===0.1A，压敏电阻R两端分得的电压：U R′=U-U0′=9V-3V=6V，压敏电阻的阻值：R′===60Ω，由丙图可知，此时压敏电阻受到的压力为950N，该电子秤的量程：m max===90kg；（3）S1闭合，S2接b，当电子称的量程变为110kg时，G″=m′g=110kg×10N/kg=1100N，压敏电阻受到的压力为1100N+50N=1150N，由图丙可知压敏电阻R″=20Ω，由于保持电压表量程不变，则此时通过压敏电阻R的电流为：I′===0.15A；根据串联电路中总电压等于各分电压之和可知电阻R2两端的电压：U2=U-U最大=9V-3V=6V，所以P2=U2I′=6V×0.15A=0.9W．答：（1）R1的阻值阻值为30Ω；（2）该电子秤的量程是90kg；（3）S1闭合，S2接b，如果保持电压表量程不变，电子秤的量程为110kg，满载时R2消耗的功率为0.9W．【解析】（1）根据G=mg求出空载时踏板的重力，由图丙得出对应压敏电阻的阻值，根据串联电路的电压特点求出压敏电阻两端的电压，利用欧姆定律和串联电路的电流特点求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出R1的阻值；（2）电子称的质量最大时对应的电压表量程最大值，此时定值电阻两端的电压为3V，根据欧姆定律求出电路中的电流，利用串联电路的电压特点和欧姆定律求出压敏电阻的阻值，由图乙读出压敏电阻受到的压力即为踏板和最大称量的重力之和，再根据G=mg 求出该电子秤的量程；（3）S1闭合，S2接b，先求出最大称量为110kg时压敏电阻受到的压力，再由图丙读出压敏电阻的阻值，由于保持电压表量程不变，利用欧姆定律求出电路中的电流，最后根据串联电路的电压特点求出R2两端的电压，利用P=UI即可求出R2消耗的功率．本题考查了串联电路的特点和欧姆定律及其变形公式的灵活运用，关键是正确分析电路图和从图象中得出相关的信息，要注意计算时要考虑踏板的压力．2.【答案】解：（1）由图可知，灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联；因串联电路电流处处相等，所以，当电流表示数为0.2A时，通过灯泡的电流为0.2A，由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V，则根据I=可得，灯泡的电阻：R L===5Ω；（2）无风时，OP下垂并与A端接触，电阻丝接入阻值最大为60Ω，根据I=可得，电阻丝两端的电压：U AB=IR AB=0.2A×60Ω=12V，根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得，R0两端的电压：U0=U-U L-U AB=16V-1V-12V=3V，则此时R0消耗的电功率：P0=U0I=3V×0.2A=0.6W；（3）根据I=可得R0的阻值：R0===15Ω；由于灯泡的额定电压为2.5V，则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流，由图乙可知最大电流为I′=0.3A，此时风对球的压力最大，OP绕O转动的角度最大，设此时OP与AB的接触点为C，则根据欧姆定律可得，R0两端的电压：U0′=I′R0=0.3A×15Ω=4.5V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以R BC两端的电压：U BC=U-U额-U0′=16V-2.5V-4.5V=9V，根据I=可得此时电阻丝连入电路的电阻：R BC===30Ω；由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，则：=，所以，BC=×AB=×14cm=7cm，则AC=AB-BC=14cm-7cm=7cm，如右图，把OP视为一根杠杆，F的力臂为OD，G的力臂等于PD，根据杠杆平衡条件可得：F×OD=G×PD，则：=；由于△OAC∽△ODP，根据相似三角形的知识可得：=，所以，=，则：F==×2N=1.4N。
