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TYPE12 專題12　物理解答題
　　命題重點(diǎn):物理解答題在中考試卷中有兩種類型:力學(xué)綜合計(jì)算和電學(xué)綜合計(jì)算。在力學(xué)計(jì)算中,往往涉及速度、壓強(qiáng)、機(jī)械功和功率、杠桿的力和力臂的大小等的計(jì)算。電學(xué)計(jì)算中往往涉及電壓、電阻、電流、電功、電功率、電熱等的計(jì)算。
　　方法要點(diǎn):物理計(jì)算題的一般解題步驟:①認(rèn)真審題,明確現(xiàn)象和過程,確定給出的條件或題目中隱含的條件。②確定方向,也就是針對題目內(nèi)容綜合分析,確定解決問題的方向,選擇出適合的規(guī)律和公式。③列出表達(dá)式,這一步就是根據(jù)公式或規(guī)律列出相應(yīng)的表達(dá)式。④代入數(shù)據(jù)求解,這一步是把所用到的已知物理量的單位統(tǒng)一后,把已知量的數(shù)據(jù)代入計(jì)算式中,通過正確運(yùn)算,得出答案。
類型一　力學(xué)綜合計(jì)算題
1 [2016·麗水] 某品牌太陽能汽車如圖T12-1甲,通過安裝在車頂和前端的電池板收集太陽能。玻璃采用防太陽輻射的層壓玻璃制作而成,車身輕便靈活。
圖T12-1
(1)若該車身的材料要求強(qiáng)度高且輕便,則下表中最理想的材料是　　　　。?
材料
錳鋼
鋁合金
鈦合金
碳纖維
性能(強(qiáng)度)
強(qiáng)
較弱
較強(qiáng)
強(qiáng)
密度/(kg·m-3)
7.9×103
3.0×103
4.5×103
1.6×103
(2)若該車質(zhì)量是400 kg,車上載有人和物品質(zhì)量共為100 kg,車輪與地面的總接觸面積為2.0×10-2 m2,則該汽車對水平地面的壓強(qiáng)為　　　　　　　。(g取10 N/kg)?
(3)若該汽車以最大輸出功率P為800 W在水平路面上做勻速直線運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后再將功率減小到P1,并保持此功率做勻速直線運(yùn)動(dòng)。上述運(yùn)動(dòng)過程的速度—時(shí)間圖像如圖乙所示,設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中汽車所受阻力不變,則汽車受到的阻力是　　　　,P1為　　　　。?
【解法指導(dǎo)】 通過審題知道本題主要涉及壓強(qiáng)計(jì)算以及機(jī)械功率的計(jì)算,接下來就要根據(jù)壓強(qiáng)的計(jì)算公式和功率的計(jì)算公式,尋找題目中的已知條件,理清各量之間的關(guān)系,最終代入公式求解。另外注意在計(jì)算壓強(qiáng)時(shí),受力面積是兩個(gè)物體之間的接觸面積,不要漏算或多算。
1.[2017·金華] 2017年5月5日,大飛機(jī)C919首飛任務(wù)的完成,標(biāo)志著我國航空工業(yè)向前邁進(jìn)一大步。C919主要性能參數(shù)如下表所示:
中國商飛C919
最大起飛重量
77.3 t
巡航速度
0.78~0.8馬赫
(相當(dāng)于954 km/h到980 km/h)
巡航高度
12100 m
最長航程
5555公里
最多座椅數(shù)
190個(gè)
(1)上海到廣州的空中距離大概是1470 km。若全程以最大巡航速度勻速飛行,則C919從上海到廣州大約需要多長時(shí)間?
(2)當(dāng)C919發(fā)動(dòng)機(jī)總推力達(dá)到2×105 N,飛機(jī)速度達(dá)到954 km/h時(shí), C919發(fā)動(dòng)機(jī)的總輸出功率是多少?
(3)當(dāng)C919以最大起飛重量停在機(jī)場時(shí),輪胎與地面的總接觸面積大約為0.1 m2,則C919對地面的壓強(qiáng)約為多少?(g取10 N/kg)
2.[2017·嘉興] 圖T12-2為某款擦窗機(jī)器人,它憑借其底部的真空泵在機(jī)身和玻璃之間形成低氣壓,牢牢地吸附在豎直玻璃上。請回答:
圖T12-2
(1)當(dāng)它靜止在豎直玻璃上時(shí),受到的摩擦力方向是　　　　。?
(2)擦窗機(jī)器人的擦拭速度是4分鐘/米2,要擦完總面積為3米2的窗玻璃需要　　　　分鐘。?
(3)工作時(shí)擦窗機(jī)器人對玻璃的壓力為28牛,內(nèi)外氣壓差達(dá)到800帕,則擦窗機(jī)器人與玻璃的接觸面積至少為多少平方米?
(4)擦窗機(jī)器人的總質(zhì)量為1.2千克,工作時(shí)的實(shí)際功率為80瓦,它在豎直向上擦窗過程中有0.25%的電能用于克服重力做功。若窗戶足夠高,持續(xù)豎直向上擦窗20分鐘,擦窗機(jī)器人可上升的最大高度為多少米?(g取10牛/千克)
3.[2016·舟山] 我市某些餐廳用智能機(jī)器人送餐,送餐機(jī)器人的部分參數(shù)如下表所示。
　　圖T12-3
功能
迎賓、送餐等
質(zhì)量
50 kg
移動(dòng)速度
0.2~0.6 m/s
電池容量
12 A·h
功率
最大功率100 W
工作電壓
24 V
最大送餐質(zhì)量
15 kg
(1)機(jī)器人身上有感應(yīng)紅外線信息的接收器,以便接收信息,則該接收器相當(dāng)于反射弧中的　　　　　　。?
(2)機(jī)器人底盤的輪子與水平地面接觸的總面積為0.01米2,求機(jī)器人水平運(yùn)送3千克物體(含餐盤)時(shí),對地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)。
(3)如果該機(jī)器人以最大功率在水平地面上以0.4米/秒的速度勻速前進(jìn)10秒,求機(jī)器人行進(jìn)過程中受到地面對它的阻力。
4.[2018·金華] 無人機(jī)以高分辨率高速攝像機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、激光掃描儀等設(shè)備獲取信息,廣泛應(yīng)用在航拍、交通等領(lǐng)域。圖T12-4為某型號無人機(jī),整機(jī)質(zhì)量2千克,停放時(shí)與水平地面總接觸面積0.002米2,攝像機(jī)拍攝速度11000幀/秒。在轎車限速120千米/時(shí)的某高速公路上,交警利用該無人機(jī)進(jìn)行道路通行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測。(g取10牛/千克)
圖T12-4
(1)無人機(jī)停放在水平地面時(shí),對地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)　　　　　　帕。?
(2)無人機(jī)豎直向上爬升60米的過程中克服重力做了多少功?
(3)無人機(jī)在某轎車通行0.6米的過程中拍攝220幀,通過計(jì)算判斷該轎車是否超速。
類型二　電學(xué)綜合計(jì)算題
2 [2016·溫州] 如圖T12-5甲是小明制作的防盜報(bào)警裝置示意圖,其中工作電路電源電壓U1=6 V,指示燈L的額定電壓UL=2.5 V,定值電阻R0=350 Ω;控制電路電源電壓U2=1.5 V,磁敏電阻Rx的阻值隨其所處位置磁場強(qiáng)度的變化關(guān)系如圖乙所示,當(dāng)窗戶分別處在軌道A、B、C處時(shí),磁敏電阻Rx所處位置的磁場強(qiáng)度分別為a、b、c。閉合開關(guān)S1和S2后,當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí),指示燈亮,蜂鳴器不工作;當(dāng)窗戶打開一定程度時(shí),指示燈熄滅,蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。
圖T12-5
(1)將窗戶移至A點(diǎn)時(shí),窗戶關(guān)閉。閉合開關(guān)S1,指示燈L正常發(fā)光,求此時(shí)指示燈L消耗的電功率。(寫出計(jì)算過程)
(2)已知電磁鐵線圈中的電流達(dá)到3 mA時(shí),電磁鐵的銜鐵剛好被吸下,指示燈L熄滅,蜂鳴器開始報(bào)警。現(xiàn)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器RP的滑片,使其接入電路的阻值為其最大阻值的23,當(dāng)窗戶移至軌道B點(diǎn)位置時(shí),蜂鳴器恰好開始報(bào)警。若要求窗戶移至軌道C點(diǎn)位置時(shí)蜂鳴器才開始報(bào)警,此時(shí)能否通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值來實(shí)現(xiàn)?請通過計(jì)算加以說明。(寫出計(jì)算過程,電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì))
【解法指導(dǎo)】 首先弄清楚圖中窗戶防盜報(bào)警器的工作原理:當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí),位于軌道A處,由乙圖可以看出此時(shí)的磁敏電阻Rx阻值較大,導(dǎo)致控制電路中電流較小,電磁鐵磁性較弱,銜鐵與上靜觸頭接觸,指示燈亮,蜂鳴器不工作。隨著窗戶拉開,磁敏電阻阻值減小,控制電路電流增大,電磁鐵磁性增強(qiáng),最終將銜鐵吸下,指示燈滅,蜂鳴器響。接著搞清楚題目所給的各量的關(guān)系,運(yùn)用串聯(lián)電路中電流、電壓、電阻的關(guān)系,結(jié)合歐姆定律及電功率的計(jì)算式進(jìn)行求解。注意在做電學(xué)計(jì)算時(shí),一定要注意各量的對應(yīng)關(guān)系,不能亂套公式。
1.[2017·杭州] 圖T12-6乙為熱敏電阻R和繼電器組成的恒溫箱的簡單溫控電路。繼電器線圈的電阻為150 Ω。當(dāng)線圈中電流大于或等于28 mA時(shí),繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電壓為6 V,圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。
圖T12-6
(1)從圖甲中可得50 ℃時(shí)熱敏電阻的阻值為　　Ω。?
(2)恒溫箱的加熱器應(yīng)接在　　　　(選填“A、B”或“C、D”)端。?
(3)若恒溫箱內(nèi)的溫度達(dá)到100 ℃時(shí),通過計(jì)算分析恒溫箱加熱器是否處于工作狀態(tài)?
(4)若在原控制電路中,串聯(lián)接入一個(gè)可變電阻,當(dāng)該電阻增大時(shí),所控制的恒溫箱內(nèi)的最高溫度將　　　　(選填“變大”“不變”或“變小”)。?
2.[2017·溫州] 某同學(xué)為學(xué)校草坪設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)注水噴淋系統(tǒng),其電路設(shè)計(jì)如圖T12-7甲。控制電路電源電壓U1=12 V,R0為定值電阻,RF為壓敏電阻,電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì);壓敏電阻RF放置于水箱底部(如圖乙),其阻值與壓力有關(guān),阻值隨水位變化關(guān)系如下表。工作電路包括注水系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng),其電源電壓U2=220 V;圓柱體水箱底面積S=0.4 m2。當(dāng)水箱內(nèi)的水位上升到2 m時(shí),通過電磁鐵線圈的電流Ia=0.1 A,銜鐵恰好被吸下,注水系統(tǒng)停止工作,此時(shí)電流表示數(shù)I1=1 A;當(dāng)水位下降到1 m時(shí),銜鐵恰好被拉起,注水系統(tǒng)開始給水箱注水,此時(shí)電流表示數(shù)I2=2 A。
圖T12-7
水位/m
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
壓敏電阻RF阻值/Ω　　
300
200
125
90
70
65
62
60
59
(1)當(dāng)水箱內(nèi)水位達(dá)到2 m時(shí),控制電路中壓敏電阻RF的功率為　　　　W。?
(2)當(dāng)水箱內(nèi)水位下降到1 m時(shí),通過電磁鐵線圈的電流Ib為多少?
(3)已知噴淋系統(tǒng)一直給草坪噴水,每秒鐘噴水恒為0.001 m3;注水系統(tǒng)工作時(shí),每秒鐘給水箱注水恒為0.005 m3。求相鄰兩次開始給水箱注水的這段時(shí)間內(nèi),工作電路消耗的電能。
3.[2018·紹興] 人們對自我保健越來越關(guān)注。圖T12-8甲為某品牌足浴盆及相關(guān)參數(shù)。其內(nèi)部電路可分為工作電路和控制電路兩部分(如圖乙所示)。閉合總開關(guān)S,當(dāng)足浴盆有水注入到一定量時(shí)壓控開關(guān)S1、S2就會(huì)自動(dòng)閉合,此時(shí)R1、R2會(huì)同時(shí)工作,加熱至40 ℃時(shí),控制電路中的電磁鐵會(huì)將銜鐵吸合,自動(dòng)進(jìn)入保溫模式。
甲
乙
丙
圖T12-8
(1)圖乙的工作電路中,處于保溫狀態(tài)時(shí),工作的電阻是　　　　。壓控開關(guān)S1的作用是防止　?　,達(dá)到保護(hù)電路的目的。?
(2)控制電路中電磁鐵線圈的電阻為100歐,為電磁鐵供電的電池電壓為6伏。Rx為熱敏電阻,阻值隨溫度變化關(guān)系可由圖丙中的某條曲線表示。當(dāng)線圈中的電流大于或等于20毫安時(shí),控制電路中繼電器的銜鐵被吸合,則Rx阻值隨溫度變化的曲線為圖丙中的　　　　。?
(3)求R2的阻值。
(4)在一次使用過程中,加熱時(shí)間為5分鐘,保溫時(shí)間為20分鐘,則整個(gè)過程中消耗了多少電能?
4.[2018·寧波] 為響應(yīng)寧波市政府提出的“創(chuàng)建海綿型城市”的號召,小科設(shè)計(jì)了如圖T12-9所示的市政自動(dòng)排水裝置模型,控制電路由電壓為12 V、最大容量為100 A·h的蓄電池供電,蓄電池用“發(fā)電玻璃”制成的太陽能電板充電。R0為定值電阻,R為壓敏電阻,壓敏電阻通過杠桿ABO與圓柱形浮體相連,AB??BO=4??1,壓敏電阻的阻值隨壓力變化的關(guān)系如下表。(壓板、杠桿和硬質(zhì)連桿的質(zhì)量及電磁鐵線圈電阻忽略不計(jì),所用綠燈、紅燈及排水泵的額定電壓均為220 V)
圖T12-9
壓敏電阻受到的壓力F/N
60
120
180
240
300
360
420
480
…
壓敏電阻R的阻值/Ω
500
360
260
180
120
80
65
55
…
(1)當(dāng)水位在安全位置以下時(shí)綠燈亮,排水泵不工作;當(dāng)水位達(dá)到安全位置上限時(shí)紅燈亮,同時(shí)排水泵正常工作。請按要求完成圖中工作電路的連接。
(2)“發(fā)電玻璃”光電轉(zhuǎn)化率接近18%。要求在5 h內(nèi)對控制電路的蓄電池充滿電,則選用的“發(fā)電玻璃”面積至少為　　　m2。(太陽能輻射到每平方米地面上的平均功率按1000 W計(jì)算,計(jì)算結(jié)果精確到0.1 m2)?
(3)按照設(shè)計(jì)要求,當(dāng)水位上升到浮體剛好全部浸入水中時(shí),壓敏電阻受到壓力為360 N,通過電磁鐵線圈的電流為100 mA,排水泵啟動(dòng);當(dāng)水位回落到浮體只有25體積浸入水中時(shí),硬質(zhì)杠桿ABO仍處于水平位置,線圈中電流為30 mA,排水泵停止工作。則小科應(yīng)選擇重力為多大的浮體?
(4)在實(shí)際調(diào)試過程中,小科發(fā)現(xiàn)水位已達(dá)到安全位置上限,但排水裝置還未啟動(dòng)。如果在其他條件保持不變的前提下,要使排水裝置符合設(shè)計(jì)要求,應(yīng)該將與壓敏電阻相連的壓板向　　　(選填“左”或“右”)移動(dòng)。?
5.某自動(dòng)豆?jié){機(jī)工作時(shí),電熱管加熱與電動(dòng)機(jī)打漿過程交替進(jìn)行,工作過程均不計(jì)熱量損失,其部分參數(shù)如下表。[c豆?jié){取4×103 J/(kg·℃)]
額定電壓
220 V
電機(jī)功率
100 W
加熱功率
1100 W
凈重
20 N
(1)空豆?jié){機(jī)放在水平桌面上,與桌面接觸面積為4 cm2,求對水平桌面的壓強(qiáng)。
(2)計(jì)算加熱管正常工作80 s,可使1 kg豆?jié){溫度升高多少攝氏度?
(3)若豆?jié){機(jī)正常打好一次豆?jié){消耗的總電能為0.17 kW·h,加熱與打漿的時(shí)間之比為3??1,則打好一次豆?jié){需要多少時(shí)間?
參考答案
例1　(1)碳纖維
(2)2.5×105 Pa　(3)80 N　640 W
針對訓(xùn)練
1.(1)1.5 h　(2)5.3×107 W　
(3)7.73×106 Pa
2.解:(1)豎直向上
(2)12
(3)S=Fp=28牛800帕=0.035米2。
(4)W=Pt=80瓦×20×60秒=96000焦,
W重=W×0.25%=96000焦×0.25%=240焦,
G=mg=1.2千克×10牛/千克=12牛,
h=W重G=240焦12牛=20米。
3.解:(1)感受器
(2)F=G=mg=(50+3) 千克×10牛/千克=530牛,
p=FS=530牛0.01米?2=5.3×104 帕。
(3)解法一:W=Pt=100瓦×10秒=1000焦,
s=vt=0.4米/秒×10秒=4米,
f=F'=Ws=1000焦4米=250牛。
解法二:f=F'=Pv=100瓦0.4米/秒=250牛。
4.解:(1)10000
(2)G=mg=2千克×10牛/千克=20牛,
W=Gh=20牛×60米=1200焦。
(3)t=220幀11000幀/秒=0.02秒,
v=st=0.6米0.02秒=30米/秒=108千米/時(shí)<120千米/時(shí),所以不超速。
例2　解:(1)當(dāng)指示燈L正常發(fā)光時(shí),指示燈兩端電壓UL=2.5 V。　
所以,R0兩端的電壓U0=Ul-UL=6 V-2.5 V=3.5 V,
I0=U0R0=3.5 V350 Ω=0.01 A,IL=I0=0.01 A,
PL=ULIL=2.5 V×0.01 A=0.025 W。
(2)當(dāng)窗戶移至B點(diǎn)時(shí),據(jù)圖可知,Rx=400 Ω,此時(shí),I=0.003 A,　
23RP=U2I-Rx=1.5 V0.003 A-400 Ω=100 Ω,
所以,滑動(dòng)變阻器的最大阻值RP=150 Ω。
當(dāng)窗戶移至C點(diǎn)時(shí),據(jù)圖可知,Rx'=300 Ω,若蜂鳴器剛好報(bào)警,控制電路中電流為0.003 A,此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的有效阻值為RP'=U2I-Rx'=1.5 V0.003 A-300 Ω=200 Ω>150 Ω,
所以,當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)節(jié)到最大值時(shí),窗戶還未移至C點(diǎn),控制電路中的電流已大于0.003 A,蜂鳴器已報(bào)警,因此無法通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值來實(shí)現(xiàn)。
針對訓(xùn)練
1.解:(1)90　(2)A、B
(3)100 ℃時(shí),R=50 Ω,
控制電路電流I=UR磁+R=6 V150 Ω+50 Ω=0.03 A=30 mA>28 mA,　
繼電器銜鐵被吸合,恒溫箱加熱器處于不加熱狀態(tài)。
(4)變大
2.解:(1)0.6
(2)當(dāng)水箱中水位為2 m時(shí),控制電路電流Ia=0.1 A,RF1=60 Ω,此時(shí)R總1=U1Ia=12 V0.1 A=120 Ω,則R0=R總1-RF1=120 Ω-60 Ω=60 Ω,
當(dāng)水箱中水位為1 m時(shí),RF2=90 Ω,R總2=RF2+R0=90 Ω+60 Ω=150 Ω,
則Ib=U1R總2=12 V150 Ω=0.08 A。
(3)注水系統(tǒng)從水位1 m開始注水到2 m,注水總體積V總=0.4 m2×(2 m-1 m)=0.4 m3,需要時(shí)間為t1,根據(jù)題意:t1=0.4m30.005m3/s-0.001m3/s=100 s,
水位從2 m下降至1 m,需要的時(shí)間t2=0.4m30.001m3/s=400 s,
注水系統(tǒng)與噴淋系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí),工作電路電流做功W=U2I2t1=220 V×2 A×100 s=4.4×104 J,
噴淋系統(tǒng)單獨(dú)工作時(shí),工作電路做功W'=U2I1t2=220 V×1 A×400 s=8.8×104 J,
則W總=W+W'=4.4×104 J+8.8×104 J=1.32×105 J。
3.解:(1)R1　足浴盆中沒水時(shí)而讓電路處于工作狀態(tài)
(2)D
(3)P2=P加熱-P保溫=2100 W-100 W=2000 W,
R2=U2P2=(220 V)22000 W=24.2 Ω。
(4)W加熱=P加熱×t加熱=2100 W×5×60 s=6.3×105 J,
W保溫=P保溫×t保溫=100 W×20×60 s=1.2×105 J,
W總=W加熱+P保溫=6.3×105 J+1.2×105 J=7.5×105 J。
4.解:(1)如圖所示
(2)1.3
(3)當(dāng)浮體剛好浸沒時(shí),壓敏電阻受到壓力為360 N,由表中數(shù)據(jù)知,此時(shí)壓敏電阻的阻值R=80 Ω,控制電路中R與R0串聯(lián),控制電路中的電流I=100 mA=0.1 A,由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得,定值電阻R0的阻值R0=R總-R=UI-R=12 V0.1 A-80 Ω=40 Ω,
根據(jù)杠桿的平衡條件有:FA×LOA=FB×LOB,
則FA=FB×LOBLOA=360 N×15=72 N,
則浮體受到向上的拉力FA'=FA=72 N,
F浮=G+FA'=G+72 N①;
當(dāng)浮體只有25體積浸入水中時(shí),F浮'=25F浮,
R'=R總'-R0=12 V0.03 A-40 Ω=360 Ω,
由表中數(shù)據(jù)知,壓敏電阻受到壓力FB'=120 N,
由杠桿平衡條件有:FA″×LOA=FB'×LOB,
所以:FA″=FB'×LOBLOA=120 N×15=24 N,
此時(shí)浮體受到向上的拉力FA?=FA″=24 N,
F浮'=G+FA?,
即25F浮=G+24 N②;
解①②可得:F浮=80 N,G=8 N。
所以,應(yīng)選擇重力為8 N的浮體。
(4)右
5.解:(1)p=FS=GS=20 N4×10-4 m2=5×104 Pa。
(2)W=P加熱t(yī)=1100 W×80 s=8.8×104 J,
Q吸=W=c豆?jié){mΔt,
Δt=Q吸c豆?jié){m=8.8×104J4×103J/(kg·℃)×1 kg=22 ℃。
(3)設(shè)打漿時(shí)間為t',則加熱時(shí)間為3t',
W總=W打漿+W加熱=P電t'+3×P加熱t(yī)'=0.17 kW·h,
即100 W×t'+1100 W×3t'=0.17×3.6×106 J,
解得t'=180 s=3 min,則打好一次豆?jié){的時(shí)間為4t'=12 min。

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