资源简介

(共59张PPT)
专题五　综合应用题
一、电学综合题
类型1　欧姆定律、电功率的简单计算
1．(2022·吉林)如图所示，电源电压为3 V，小灯泡标有“2.5 V　0.2 A”字样。开关闭合时，小灯泡正常发光，求：
(1)小灯泡正常发光时的功率。
解：小灯泡正常发光时的功率PL＝ULIL＝2.5 V×0.2 A＝0.5 W。
1．(2022·吉林)如图所示，电源电压为3 V，小灯泡标有“2.5 V　0.2 A”字样。开关闭合时，小灯泡正常发光，求：
(2)定值电阻的阻值。
解：由题图可知，小灯泡与定值电阻串联，当小灯泡正常发光时，定值电阻两端的电压UR＝U－UL＝3 V－2.5 V＝0.5 V，
通过定值电阻的电流IR＝IL＝0.2 A，
2．(2022·贺州)如图所示，电源电压为9 V，电阻R1＝10 Ω，闭合开关S时电阻R2两端电压为6 V。求：
(1)通过电阻R1的电流。
解：R1两端的电压U1＝U－U2＝9 V－6 V＝3 V，
(2)电阻R2的电功率。
解：根据串联电路中电流处处相等，则有I＝I1＝I2＝0.3 A，
电阻R2的电功率P2＝U2I2＝6 V×0.3 A＝1.8 W。
2．(2022·贺州)如图所示，电源电压为9 V，电阻R1＝10 Ω，闭合开关S时电阻R2两端电压为6 V。求：
(3)电阻R2通电1 min产生的热量。
解：电阻R2通电1 min产生的热量
Q2＝W2＝P2t＝1.8 W×60 s＝108 J。
3．如图所示，定值电阻R1的阻值为10 Ω，R2的阻值为30 Ω，闭合开关后电流表的示数为0.1 A。求：
(1)该电路的电源电压。
解：由题图可知，定值电阻R1、R2并联，电流表测量通过电阻R2的电流，即I2＝0.1 A，
R2两端的电压U2＝I2R2＝0.1 A×30 Ω＝3 V，
电源电压U＝U1＝U2＝3 V。
(2)通过电阻R1的电流。
3．如图所示，定值电阻R1的阻值为10 Ω，R2的阻值为30 Ω，闭合开关后电流表的示数为0.1 A。求：
(3)该电路消耗的总功率。
解：干路电流I＝I1＋I2＝0.3 A＋0.1 A＝0.4 A，
电路消耗的总功率P＝UI＝3 V×0.4 A＝1.2 W。
4．如图所示是小星家的电能表参数，请结合表中信息回答下列问题：
用电器 白炽灯六盏 电热水壶 电磁炉
额定功率 每盏40 W 1 100 W 3 100 W
额定电压 每盏220 V 220 V 220 V
(1)求电热水壶正常工作时的电阻。
4．如图所示是小星家的电能表参数，请结合表中信息回答下列问题：
用电器 白炽灯六盏 电热水壶 电磁炉
额定功率 每盏40 W 1 100 W 3 100 W
额定电压 每盏220 V 220 V 220 V
解：消耗的电能W＝W2－W1＝666.6 kW·h－631.4 kW·h＝35.2 kW·h，
小星家允许加载的用电器的最大电功率Pmax＝UI＝220 V×20 A＝4 400 W。
4．如图所示是小星家的电能表参数，请结合表中信息回答下列问题：
用电器 白炽灯六盏 电热水壶 电磁炉
额定功率 每盏40 W 1 100 W 3 100 W
额定电压 每盏220 V 220 V 220 V
(3)若将电热水壶与电磁炉同时接入小星家的电路中，是否还能继续让这六盏白炽灯同时工作？(请写出必要的计算过程)
解：白炽灯可以消耗的功率
P灯＝Pmax－P壶－P炉＝4 400 W－1 100 W－3 100 W＝200 W，
白炽灯可以接入电路中的个数
所以不能让六盏白炽灯同时工作。
类型2　动态电路相关计算
考向1　滑动变阻器引起的动态电路相关计算
5．(2022·广安)如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器R的最大阻值为40 Ω，小灯泡L标有“5 V　2.5 W”的字样，将滑片移到最右端，闭合开关S，电流表示数为0.3 A，忽略温度对灯丝电阻的影响。求：
(1)灯泡正常发光时的电阻。
5．(2022·广安)如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器R的最大阻值为40 Ω，小灯泡L标有“5 V　2.5 W”的字样，将滑片移到最右端，闭合开关S，电流表示数为0.3 A，忽略温度对灯丝电阻的影响。求：
(2)电源电压。
解：由题图可知，滑动变阻器R与小灯泡L串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流，将滑片移到最右端时，滑动变阻器接入电路的电阻R＝40 Ω，
此时电路中的总电阻R总＝R＋RL＝40 Ω＋10 Ω＝50 Ω，
电源电压U＝IR总＝0.3 A×50 Ω＝15 V。
5．(2022·广安)如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器R的最大阻值为40 Ω，小灯泡L标有“5 V　2.5 W”的字样，将滑片移到最右端，闭合开关S，电流表示数为0.3 A，忽略温度对灯丝电阻的影响。求：
(3)将滑片移到某位置，电压表示数为10 V，滑动变阻器电阻丝1 min内产生的热量。
解：由串联电路的电压特点可知，小灯泡两端的电压
UL＝U－UR＝15 V－10 V＝5 V，
此时电路中的电流I′＝ ＝0.5 A，
则滑动变阻器电阻丝1 min内产生的热量
Q＝W＝URI′t＝10 V×0.5 A×60 s＝300 J。
6. 在如图所示的电路中，电源电压为3 V，滑动变阻器的规格为“20 Ω　1 A”，电流表量程为0～0.6 A。只闭合开关S1时，电流表的示数为0.2 A。求：
(1)定值电阻R1的阻值；
解：只闭合开关S1时，电路为定值电阻R1的简单电路，根据欧姆定律可得定值电阻R1的阻值R1＝
6. 在如图所示的电路中，电源电压为3 V，滑动变阻器的规格为“20 Ω　1 A”，电流表量程为0～0.6 A。只闭合开关S1时，电流表的示数为0.2 A。求：
(2)通电1 min后，定值电阻R1消耗的电能；
解：通电1 min后，定值电阻R1消耗的电能
W＝UI1t＝3 V×0.2 A×60 s＝36 J；
6. 在如图所示的电路中，电源电压为3 V，滑动变阻器的规格为“20 Ω　1 A”，电流表量程为0～0.6 A。只闭合开关S1时，电流表的示数为0.2 A。求：
(3)改用电压为4.5 V的电源，再闭合开关S2，移动滑动变阻器的滑片，R2消耗的最大功率。
解：再闭合开关S2，两电阻并联接入电路，电流表测干路电流，电流表量程是0～0.6 A，所以通过干路的最大电流为0.6 A，
此时通过定值电阻的电流I1′＝ ＝0.3 A，
通过滑动变阻器的最大电流
I2＝I－I1′＝0.6 A－0.3 A＝0.3 A，
根据P＝UI可知通过滑动变阻器的电流最大时，R2消耗的功率最大，为
P＝U ′I2＝4.5 V×0.3 A＝1.35 W。
考向2　多开关引起的动态电路相关计算
7．小文同学用有预约功能的电饭煲为家人煲粥。小文将大米等食材放入电饭煲内，接通220 V家庭电路，经过了待机、加热、保温三个过程，早餐前断开电源，电饭煲消耗的电功率随时间变化的图像如图甲所示，电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示，S是接通家庭电路的开关，S1是自动开关，R1和R2为电阻不变的电热丝。求：
(1)小文同学此次电饭煲煲粥待机过程消耗的电能。
解：由题图甲可知，待机状态时的功率P待＝44 W＝0.044 kW，
待机过程中消耗的电能W待＝P待t＝0.044 kW×5 h＝0.22 kW·h。
(2)电饭煲处于加热状态时电路的阻值。
解：由题图乙可知，当开关S、S1闭合时，电路中只有R1工作，电路总电阻较小，总功率较大，电饭煲处于加热状态，加热功率P加＝880 W，
(3)R2的阻值。
解：由题图乙可知，当开关S闭合、S1断开时，R1与R2串联，总电阻较大，总功率较小，电饭煲处于保温状态，保温功率P保＝220 W，
则R2的阻值R2＝R总－R1＝220 Ω－55 Ω＝165 Ω。
8. 在如图甲所示的电路中，已知电源为电压可调的直流学生电源，灯泡L1的额定电压为8 V，灯泡L2上标有“6 V　3.6 W”的字样，定值电阻R0的阻值为4 Ω，图乙是灯泡L2的U—I图像。当开关S接a时，调节电源电压，使灯泡L1正常发光，此时R0消耗的功率为1 W；当开关S接b时，调节电源电压，使其中一盏灯正常发光，另一盏灯较暗。求：
(1)灯泡L1的额定功率。
解：当开关S接a时，灯泡L1与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流，
灯泡L1正常发光，灯泡L1两端的电压为额定电压U1＝8 V，R0消耗的功率为1 W，电路中的电流I1＝I0＝
灯泡L1的额定功率P1＝U1I1＝8 V×0.5 A＝4 W。
(2)电路中允许通过的最大电流。
解：开关S接b时，灯泡L1与灯泡L2串联，电流表测电路中的电流，灯泡L2正常发光时的电流I2＝ ＝0.6 A，
因电路中一盏灯正常发光，另一盏灯较暗，且I1＜I2，所以，电路中允许通过的最大电流I＝I1＝0.5 A。
(3)电路达到最大总功率时，电源电压的值。
解：当开关S接a且灯泡L1正常发光时，电路中的电流I1＝0.5 A，电源电压U＝U1＋I1R0＝8 V＋0.5 A×4 Ω＝10 V，
电路的最大总功率P＝UI1＝10 V×0.5 A＝5 W；
当开关S接b且灯泡L1正常发光时，电路中的电流I＝0.5 A，由题图乙可知，灯泡L2两端的电压U2′＝4 V，
此时电源电压U′＝U1＋U2′＝8 V＋4 V＝12 V，
电路的最大总功率P′＝U ′I＝12 V×0.5 A＝6 W，
综上可知，电路达到最大总功率时，电源电压为12 V。
考向3　滑动变阻器＋多开关引起的动态电路相关计算
9．(2022·福建)如图是某晾衣机的工作电路图，电源电压U＝220 V，其中R是发热电阻。当开关S1闭合、S2断开时，晾衣机开启风干功能，其额定功率P1＝44 W；当开关S1、S2均闭合时，晾衣机开启烘干功能，通过R的电流I2＝1 A。求：
(1)使用风干功能时通过电动机的电流。
解：使用风干功能时，电路中只有电动机工作，通过电动机的电流
9．(2022·福建)如图是某晾衣机的工作电路图，电源电压U＝220 V，其中R是发热电阻。当开关S1闭合、S2断开时，晾衣机开启风干功能，其额定功率P1＝44 W；当开关S1、S2均闭合时，晾衣机开启烘干功能，通过R的电流I2＝1 A。求：
(2)使用烘干功能时电阻R在1 min内产生的热量。
解：使用烘干功能时，电路中电动机和发热电阻R并联，1 min内R产生的热量Q＝W2＝UI2t1＝220 V×1 A×60 s＝1.32×104J。
9．(2022·福建)如图是某晾衣机的工作电路图，电源电压U＝220 V，其中R是发热电阻。当开关S1闭合、S2断开时，晾衣机开启风干功能，其额定功率P1＝44 W；当开关S1、S2均闭合时，晾衣机开启烘干功能，通过R的电流I2＝1 A。求：
(3)使用烘干功能1 h消耗的电能。
解：R的功率P2＝UI2＝220 V×1 A＝220 W，
使用烘干功能时消耗的总功率P＝P1＋P2＝44 W＋220 W＝264 W，
使用烘干功能消耗的电能W＝Pt2＝264×10－3kW×1 h＝0.264 kW·h。
10. 如图所示，电源电压恒定，R1、R2为定值电阻，且R2＝10 Ω；滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω，将R的滑片P移至b端，断开S1，闭合S、S2，电压表示数为2.0 V；再闭合S1，电压表示数变为2.4 V。
(1)求电源电压。
解：由题图知，将R的滑片P移至b端，滑动变阻器接入电路的阻值最大，断开S1，闭合S、S2，定值电阻R2与滑动变阻器R的最大阻值串联，电压表测量滑动变阻器R两端的电压，此时电路中的电流I＝
电源电压U＝I(Rmax＋R2)＝0.1 A×(20 Ω＋10 Ω)＝3 V。
10. 如图所示，电源电压恒定，R1、R2为定值电阻，且R2＝10 Ω；滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω，将R的滑片P移至b端，断开S1，闭合S、S2，电压表示数为2.0 V；再闭合S1，电压表示数变为2.4 V。
(2)求R1的阻值。
10. 如图所示，电源电压恒定，R1、R2为定值电阻，且R2＝10 Ω；滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω，将R的滑片P移至b端，断开S1，闭合S、S2，电压表示数为2.0 V；再闭合S1，电压表示数变为2.4 V。
(3)若R的滑片P的位置及各开关状态任意组合，求电路工作时的最大功率。
11．(2022·聊城)如图所示，电源电压和小灯泡的灯丝电阻均保持不变。R1为6 Ω的定值电阻，小灯泡L上标有“12 V”字样，滑动变阻器R2上标有“10 Ω　3 A”字样，电流表使用的量程为0～3 A。当所有开关都闭合，滑动变阻器的滑片移到最上端时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数为1.7 A。求：
(1)小灯泡L的额定功率。
解：当所有开关都闭合时，小灯泡L与滑动变阻器R2并联，小灯泡正常发光，则U＝U2＝UL＝12 V，滑动变阻器的滑片移到最上端时，滑动变阻器连入电路的电阻R2＝10 Ω，
通过滑动变阻器的电流I2＝ ＝1.2 A，
通过小灯泡的电流IL＝I－I2＝1.7 A－1.2 A＝0.5 A，
小灯泡的额定功率PL＝ULIL＝12 V×0.5 A＝6 W。
(2)开关S、S2闭合，S1、S3断开时，定值电阻R1两端的电压。
类型3　敏感电阻引起的电路相关计算
12．(2022·遵义)遵义某现代农业园内，一批名贵果树苗急需持续浇灌。正在园区研学的某中学创客小组为园区设计了一个自动给水系统，电路如图1所示。控制电路的电源电压U1恒为24 V，线圈电阻不计，定值电阻R0为50 Ω，R为压敏电阻，其阻值随所受压力的变化图像如图2所示。工作电路电源电压U2恒为220 V，包括注水装置和给水装置两部分(图中未明确)。图3为系统结构简图，其中压敏电阻位于圆柱形水箱底部的受力板正下方，受力板面积S1和水箱底面积S2分别为0.02 m2和0.45 m2。给水装置始终不停歇给水，当通过线圈的电流I＝0.16 A时，衔铁刚好被吸下，注水装置停止注水，此时电流表示数I1＝0.2 A；当水箱水位下降至0.5 m时，衔铁刚好被拉回，注水装置又开始向水箱注水，此时电流表示数I2＝2.2 A。(ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10 N/kg)
(1)图1中，甲、乙分别为____装置。
A．给水、注水　　　
B．注水、给水
A
(2)求当注水装置停止注水时，水箱内水位的高度。
(3)若注水装置每分钟向水箱注水0.3 m3，给水装置每分钟给水量为0.12 m3，求注水装置从最低水位加注至最高水位的过程中所消耗的电能。
解：水位下降至0.5 m时开始注水，水位上升到2.5 m时停止注水，通过注水装置的电流I3＝I2－I1＝2.2 A－0.2 A＝2 A，
注水装置的功率P注＝U2I3＝220 V×2 A＝440 W，
水位从0.5 m上升到2.5 m，注入水的体积
V＝S2(h－h低)＝0.45 m2×(2.5 m－0.5 m)＝0.9 m3，
则注水装置工作的时间
则注水装置消耗的电能W＝P注t＝440 W×5×60 s＝1.32×105J。
二、力学综合题
类型1　简单机械计算
1．如图所示，斜面长s＝10 m，高h＝4 m。用沿斜面方向向上的拉力F，将一个重为150 N的物体由斜面底端A匀速拉到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了150 J的功。求：
(1)运动过程中所做的有用功。
解：所做的有用功
W有＝Gh＝150 N×4 m＝600 J。
1．如图所示，斜面长s＝10 m，高h＝4 m。用沿斜面方向向上的拉力F，将一个重为150 N的物体由斜面底端A匀速拉到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了150 J的功。求：
(2)斜面的机械效率。
1．如图所示，斜面长s＝10 m，高h＝4 m。用沿斜面方向向上的拉力F，将一个重为150 N的物体由斜面底端A匀速拉到顶端B。运动过程中物体克服摩擦力做了150 J的功。求：
(3)推力F的大小。
解：由W总＝Fs得，推力
2．(2022·北京)俯卧撑是一项常见的健身项目，采用不同的方式做俯卧撑，健身效果通常不同。图1甲所示的是小京在水平地面上做俯卧撑保持静止时的情境，他的身体与地面平行，可抽象成如图1乙所示的杠杆模型，地面对脚的力作用在O点，对手的力作用在B点，小京的重心在A点。已知小京的体重为750 N，OA长为1 m，OB长为1.5 m。
(1)图1乙中，地面对手的力F1与身体垂直，求F1的大小。
解：如解图1所示，O为支点，重力的力臂为lA，F1的力臂为lB，
依据杠杆的平衡条件可得F1lB＝GlA，则有
(2)图2所示的是小京手扶栏杆做俯卧撑保持静止时的情境，此时他的身体姿态与图1甲相同，只是身体与水平地面成一定角度，栏杆对手的力F2与他的身体垂直，且仍作用在B点。分析并说明F2与F1的大小关系。
解：小京手扶栏杆时，抽象成杠杆模型如解图2所示，O为支点，重力的力臂为lA′，F2的力臂为lB′，
依据杠杆的平衡条件可得F2lB′＝GlA′，
则F2＝ ，
由解图2可知，lA′＜lA，lB′＝lB，
因此F2＜F1。
类型2　速度、功、功率(结合压强、浮力)相关计算
3．(2022·遂宁节选)小超与同学到某工地参观，看到工人操作电动机通过如图所示滑轮组将正方体石料从水池底竖直匀速吊起。他们通过调查得知：石料的棱长为0.2 m，密度为2.5×103kg/m3，石料上升时速度恒为0.4 m/s，圆柱形水池的底面积为0.2 m2，动滑轮重为30 N。(不计绳重和摩擦，ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10 N/kg)请根据他们的调查数据求：
(1)石料露出水面前受到的浮力。
解：石料的体积
V石＝(0.2 m)3＝8×10－3m3，
石料露出水面前，排开水的体积
V排＝V石＝8×10－3m3，
石料露出水面前，受到的浮力
F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10 N/kg×8×10－3m3＝80 N。
(2)石料的重力。
解：石料的质量
m石＝ρ石V石＝2.5×103kg/m3×8×10－3m3＝20 kg，
石料的重力
G石＝m石g＝20 kg×10 N/kg＝200 N。
(3)石料露出水面前滑轮组的机械效率。
解：石料露出水面前，滑轮组对石料的拉力
F拉＝G石－F浮＝200 N－80 N＝120 N，
4．塔吊(如图甲)是建筑工地上一种重要的起重设备，现有一个塔吊把建筑材料竖直向上运送到在建大楼的楼顶。向上运送建筑材料过程中，建筑材料上升距离与时间关系s－t图像(10～30 s图线为直线)和其所受拉力与时间关系F－t图像分别如图乙、丙所示。求：(g取10 N/kg)
(1)建筑材料在第 20 s末的速度。
解：由题图乙可知，建筑材料在10～30 s内做匀速直线运动，运动距离
s2＝50 m－10 m＝40 m，运动时间t＝20 s，
(2)本次所运送建筑材料的质量。
解：建筑材料在10～30 s内做匀速直线运动，由题图丙可知，建筑材料的重力G＝F2＝1.0×104N，
(3)塔吊在0～40 s内对建筑材料做功的功率。
解：塔吊对建筑材料做功
0～10 s内，W1＝F1s1＝1.02×104N×10 m＝1.02×105J，
10～30 s内，W2＝F2s2＝1.0×104N×40 m＝4×105J，
30～40 s内，W3＝F3s3＝0.98×104N×10 m＝9.8×104J，
0～40 s内，W＝W1＋W2＋W3＝1.02×105J＋4×105J＋9.8×104J＝6×105J，
5．如图甲所示，原长为16 cm的弹簧，下端固定在容器的底部，上端与一重为50 N的正方体相连，此时弹簧长度为6 cm；向容器中慢慢注入某种液体，弹簧的长度x随液体深度h的变化关系如图乙所示，正方体有一半浸没在液体中时，弹簧恰好处于原长。在弹性限度内，弹簧的弹力F与其形变量Δx间的关系为F＝kΔx，忽略弹簧的质量和体积，g取10 N/kg。求：
(1)k的值为多少牛每厘米。
解：弹簧压缩的长度
Δx＝16 cm－6 cm＝10 cm，
此时弹簧的弹力F＝G＝50 N，
(2)正方体的密度。
当水深为26 cm时，弹簧长度为16 cm，正方体浸入水中的深度h＝26 cm－16 cm＝10 cm，
则正方体的棱长为20 cm，正方体体积
V物＝(20 cm)3＝8 000 cm3＝8×10－3m3；
(3)正方体上表面刚好与液面相平时，容器底部所受液体的压强。
解：正方体有一半浸没在液体中时，V排＝ V物，弹簧恰好处于原长，
则F浮＝G，
即ρ液gV排＝ρ物gV物，液体的密度
ρ液＝2ρ物＝2×0.625×103kg/m3＝1.25×103kg/m3，
正方体上表面刚好与液面相平，正方体浸没在水中，此时正方体受到的浮力
F浮′＝ρ液gV排＝ρ液gV物＝1.25×103kg/m3×10 N/kg×8×10－3m3＝100 N，
弹簧的弹力
F′＝F浮′－G＝100 N－50 N＝50 N，
弹簧的形变量Δx′＝ ＝10 cm，
则液体的深度h′＝16 cm＋10 cm＋20 cm＝46 cm＝0.46 m，
容器底部所受液体的压强
p＝ρ液gh＝1.25×103kg/m3×10 N/kg×0.46 m＝5 750 Pa。
6．救援队用吊绳打捞沉到水池底部的实心长方体沉箱，如图甲所示，提升过程中始终以0.15 m/s的速度竖直向上匀速提起，图乙是吊绳的拉力F随时间t变化的图像，整个提起过程用时80 s，g取10 N/kg，水的密度为1.0×103kg/m3，不计水的阻力及水面高度的变化。求：
(1)开始提起(t＝0)时，沉箱下表面受到水的压强(不计大气压)。
解：开始提起(t＝0)时，沉箱下表面与水面的距离
h＝s＝vt＝0.15 m/s×50 s＝7.5 m，
沉箱下表面受到水的压强
p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10 N/kg×7.5 m＝7.5×104Pa。
(2)0～40 s内拉力的功率。
解：由题图乙可知，0～40 s内拉力为5.1×104N，0～40 s内拉力的功率
(3)沉箱的密度为多大。

展开更多......

收起↑