2024中考物理三輪突破12講義綜合計算(力、熱、電、電磁)學(xué)案

第二輪專題復(fù)習(xí)目錄專題12綜合計算（力、熱、電、電磁）講義專題概述本專題包含力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和電磁現(xiàn)象等知識的綜合計算，其中有各部分知識點(diǎn)的綜合計算，也有涉及不同知識點(diǎn)的綜合計算。綜合計算題是綜合考查我們理解物理概念，掌握物理規(guī)律情況的有效手段之一，是評價理論聯(lián)系實(shí)際能力、分類歸納能力、演繹推理能力、運(yùn)算能力等各種能力高低的“試金石”，常為中考具有壓軸意味、區(qū)分度較高的一種必考題型，考查的知識內(nèi)容主要集中在力、電、熱三塊上，以力、電為主。這類題型的特點(diǎn)主要有：基礎(chǔ)性、過程性、結(jié)果合理性、知識的綜合性、應(yīng)用性。類型一力學(xué)綜合計算題1．力與運(yùn)動綜合題。該題型往往會將機(jī)械運(yùn)動、力與運(yùn)動的關(guān)系結(jié)合起來，應(yīng)用速度、二力平衡、重力、質(zhì)量、密度等公式，對物理過程進(jìn)行計算?！纠?】無人機(jī)在疫區(qū)封閉管理期間肩負(fù)著消毒作業(yè)和運(yùn)輸物資等任務(wù)。在一次運(yùn)輸任務(wù)中，如圖所示的一架機(jī)身質(zhì)量為25kg的無人機(jī)，滿載15kg物資以36km/h的速度水平飛行6min，將物資從某地運(yùn)送至武漢金銀潭醫(yī)院。求：（1）該無人機(jī)6min通過的路程；（2）該無人機(jī)裝載15kg物資并懸停在空中時，螺旋槳產(chǎn)生的升力F的大小與方向?！窘馕觥浚?）由v=st可得，無人機(jī)6s＝vt＝36km/h×6×160（2）無人機(jī)裝載15kg物資并懸停在空中，此時受重力和螺旋槳產(chǎn)生的升力作用，且二者平衡，則：F＝G總＝（m機(jī)+m物）g＝（25kg+15kg）×10N/kg＝400N；重力方向豎直向下，所以升力方向豎直向上?！敬鸢浮浚?）該無人機(jī)6min通過的路程為3.6km；（2）螺旋槳產(chǎn)生的升力F的大小為400N，方向豎直向上?！军c(diǎn)評】本題主要考查了速度公式及二力平衡條件的應(yīng)用，在利用速度公式進(jìn)行計算時，要特別注意單位的換算，在回答升力方向時不要丟掉豎直二字。（1）根據(jù)公式s=vt計算無人機(jī)6min通過的路程；（2）根據(jù)懸停時是平衡狀態(tài)，且平衡力大小相等、方向相反的特點(diǎn)進(jìn)行分析?！纠?】一輛質(zhì)量為2t，容積為5m3的環(huán)衛(wèi)灑水車，裝滿密度為1×103kg/m3的水后，在平直公路上勻速行駛，1min所通過的路程為720m。受到的阻力為總重的15。（g取10N/kg（1）灑水車的行駛速度是多大？（2）灑水車裝滿水后，地面對灑水車的支持力是多大？（3）灑水車的牽引力是多大？【解析】（1）灑水車的行駛速度：v=st=（2）灑水車的質(zhì)量為2t，灑水車空載時自重：G車＝m車g＝2×103kg×10N/kg＝2×104N，灑水車裝滿水后，水的體積：V水＝V＝5m2，由ρ=mm水＝p水V水＝1×103kg/m3×5m2＝5×103kg，水的重力：G水＝m水g＝5×103kg×10N/kg＝5×104N，因?yàn)⑺谄街惫飞蟿蛩傩旭倳r處于平衡狀態(tài)，地面對灑水車的支持力和灑水車的總重力是一對平衡力，所以，地面對灑水車的支持力：F支持＝G總＝G車+G水＝2×104N+5×104N＝7×104N；（3）灑水車裝滿水后行駛時受到的阻力：f=15G總=15×7×104因?yàn)⑺囋谄街惫飞蟿蛩傩旭倳r處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，所以，灑水車裝滿水后行駛時的牽引力：F＝f＝1.4×104N?！敬鸢浮浚?）灑水車的行駛速度是12m/s；（2）灑水車裝滿水后，地面對灑水車的支持力是7×104N；（3）灑水車的牽引力是1.4×104N?！痉治觥浚?）根據(jù)速度公式可直接求得；（2）平衡狀態(tài)下地面對灑水車的支持力和灑水車的總重力是一對平衡力；（3）在平直公路上勻速行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力。2.壓強(qiáng)、浮力的綜合題。該題型往往會把速度、密度、壓力、壓強(qiáng)、浮力交織在一起，情景復(fù)雜，解題應(yīng)用的知識多，平衡力和阿基米德原理基本貫穿這類題型?！纠?】將一瓶新買來的標(biāo)有凈含量為550mL的礦泉水，先放在水平桌面上（瓶未開啟），如圖甲所示，瓶底與桌面的接觸面積為3cm2，接著把這個水瓶放在水中，瓶子處于漂浮狀態(tài)，如圖乙所示。然后把瓶中水喝完，測得這個空瓶（包含瓶蓋）重力為0.2N。（已知水的密度為1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求：（1）瓶中水受到的重力；（2）圖甲中礦泉水瓶對水平桌面的壓強(qiáng)；（3）圖乙中瓶浸在水中的體積?！窘馕觥浚?）由ρ=mm水＝ρ水V水＝1.0×103kg/m3×550×10﹣6m3＝0.55kg，瓶中水受到的重力：G水＝m水g＝0.55kg×10N/kg＝5.5N；（2）圖甲中礦泉水瓶對水平桌面的壓力：F＝G總＝G水+G瓶＝5.5N+0.2N＝5.7N，圖甲中礦泉水瓶對水平桌面的壓強(qiáng)：p=FS=5.7N（3）由漂浮條件可知，圖乙中瓶子漂浮在水面時受到的浮力：F?。紾總＝5.7N，由F?。溅岩篻V排可知，此時瓶浸在水中的體積：V排=F浮ρ水g=5.7N【答案】（1）瓶中水受到的重力為5.5N；（2）圖甲中礦泉水瓶對水平桌面的壓強(qiáng)為1.9×104Pa；（3）圖乙中瓶浸在水中的體積為570mL?！军c(diǎn)評】本題考查密度公式、重力公式、壓強(qiáng)公式、物體漂浮條件和阿基米德原理的應(yīng)用，注意礦泉水瓶對水平桌面的壓力大小等于空瓶和瓶中水的總重力。（1）根據(jù)ρ=mV求瓶中水的質(zhì)量，根據(jù)G＝m（2）礦泉水瓶對水平桌面的壓力大小等于空瓶和瓶中水的總重力，根據(jù)p=F（3）根據(jù)漂浮條件求出瓶子漂浮在水面時受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理求出瓶浸在水中的體積。【例4】在今年我市的實(shí)驗(yàn)操作技能考試中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如圖所示：他先將重1N，底面積為100cm2的溢水杯裝滿6N的某種液體，再把一個物塊懸掛在彈簧測力計的掛鉤上，物塊在空氣中時，彈簧測力計的示數(shù)是1.5N，把物塊浸沒在溢水杯中的液體中時，彈簧測力計的示數(shù)是0.9N，同時用空小桶收集排開的液體，已知物塊的密度為3×103kg/m3，g取10N/kg，求：（1）物塊浸入液體前，溢水杯對桌面的壓強(qiáng)；（2）小桶收集到的液體的質(zhì)量。（3）液體的密度?！窘馕觥浚?）物塊浸入液體前，溢水杯對桌面的壓力等于溢水杯和液體的總重力，則溢水杯對桌面的壓力：F＝G杯+G液＝1N+6N＝7N，則溢水杯對桌面的壓強(qiáng)：p=FS=（2）由稱重法可知，物塊受到的浮力：F浮＝G﹣F示＝1.5N﹣0.9N＝0.6N；由阿基米德原理可知，小桶收集到液體的重力：G液′＝F浮＝0.6N，由G＝mg可知，小桶收集到的液體的質(zhì)量：m液′=G液′g=（3）物塊的質(zhì)量：m=Gg=1.5N10N/kg物塊的密度ρ＝3×103kg/m3＝3g/cm3，因物塊浸沒在液體中，則物塊排開液體的體積（小桶中液體的體積）：V排＝V=mρ=150g液體的密度：ρ液=m液′V排=【答案】（1）物塊浸入液體前，溢水杯對桌面的壓強(qiáng)為700Pa；（2）小桶收集到的液體的質(zhì)量為0.06kg；（3）液體的密度為1.2g/cm3?！痉治觥浚?）物塊浸入液體前，溢水杯對桌面的壓力等于溢水杯和液體的總重力，根據(jù)p=F（2）根據(jù)稱重法求出物塊受到的浮力，再根據(jù)阿基米德原理可知排開液體的重力，最后根據(jù)G＝mg求出小桶內(nèi)收集到液體的質(zhì)量；（3）根據(jù)G＝mg求出物塊的質(zhì)量，已知物塊的密度，根據(jù)密度公式求出物塊的體積；物塊浸沒在液體中，則物塊排開液體的體積（小桶中液體的體積）等于物塊的體積，知道小桶收集到的液體的質(zhì)量，最后根據(jù)密度公式求出液體的密度?！纠?】用彈簧測力計懸掛一實(shí)心物塊，物塊下表面與水面剛好接觸，如圖甲所示。由此處勻速下放物塊，直至浸沒于水中并繼續(xù)勻速下放（物塊始終未與容器接觸）。物塊下放過程中，彈簧測力計示數(shù)與物塊下表面浸入水中的深度h的關(guān)系如圖乙所示。（已知水的密度ρ水＝1.0×103kg/m3）求：（1）物塊完全浸沒在水中時受到的浮力；（2）物塊的密度；（3）物塊剛好浸沒時，水對物塊下表面的壓強(qiáng)?！窘馕觥浚?）由圖像可知，彈簧測力計的最大示數(shù)F最大＝8N，此時物塊未浸入水中，則物塊重力G＝F最大＝8N；物塊全浸入時彈簧測力計的示數(shù)F示＝4N，受到的浮力：F?。紾﹣F示＝8N﹣4N＝4N；（2）由F?。溅阉甮V排得物塊的體積：V＝V排=F浮ρ水g物塊的質(zhì)量：m=Gg=物塊的密度：ρ物=mV=0.8kg4×10?4（3）由圖乙可知，h＝4cm＝0.04m時物塊剛好浸沒水中，物塊剛好浸沒時物塊下表面受到水的壓強(qiáng)：p＝ρ水gh＝1×103kg/m3×10N/kg×0.04m＝400Pa?！敬鸢浮浚?）物塊完全浸沒在水中受到的浮力為4N；（2）物塊的密度2×103kg/m3；（3）物塊剛好浸沒時，水對物塊下表面的壓強(qiáng)為400Pa?！痉治觥浚?）由圖像可知彈簧測力計的最大示數(shù)，此時物塊未浸入水中，物塊重力等于最大示數(shù)；由圖得出物塊全浸入時彈簧測力計的示數(shù)，利用稱重法求受到的浮力；（2）利用F?。溅岩篤排g求物體的體積，利用G＝mg求物體的質(zhì)量，利用密度公式求物體的密度；（3）由圖乙可知，h＝4cm時物塊剛好浸沒水中，利用p＝ρ水gh求水對物塊下表面的壓強(qiáng)。3．簡單機(jī)械綜合計算。該題型常以杠桿和滑輪、滑輪組為載體，考查平衡力、浮力、杠桿的平衡條件、滑輪受力、滑輪組省力情況、功和功率以及機(jī)械效率的知識。【例6】“塔吊”是建筑工地常用的起重設(shè)備。如圖甲，AC為一簡易“塔吊”的水平臂，A端裝有配重體P，它的質(zhì)量為4噸，在水平臂B、C間安裝有可移動的滑輪組（繞法如圖乙），滑輪組的鋼絲繩繞在電動卷揚(yáng)機(jī)的軸上。已知AB＝10m，BC＝40m，若塔身的寬度和鐵架、鋼繩、滑輪組重力及摩擦均不計，g取10N/kg。（1）求配重體P的重力大?。唬?）當(dāng)滑輪組位于C端時，為了安全起吊，求該“塔吊”恰能吊起貨物的質(zhì)量；（3）某次操作中，滑輪組在BC間安全吊起質(zhì)量為1.5噸的貨物，勻速上升60m，求滑輪組上的鋼繩的水平拉力F大??；（4）在上第（3）小問中，如果電動卷揚(yáng)機(jī)的效率是90%，求配套電動機(jī)消耗的電能?！窘馕觥浚?）配重體P受到的重力為：GP＝mPg＝4×103kg×10N/kg＝4×104N；（2）當(dāng)滑輪組位于C端時，根據(jù)杠桿平衡條件可得：GP×AB＝GC×BC，則：4×104N×10m＝GC×40m，則恰能吊起貨物的最大重量為：GC＝1×104N，則恰能吊起貨物的最大質(zhì)量為：mC=GCg=（3）由圖乙可知，n＝3，不計鋼繩、滑輪組重力及摩擦，則鋼繩的水平拉力為：F=1nG物=13×m物g=13×1.5×103（4）電動機(jī)做的有用功為：W有＝G物h＝m物gh＝1.5×103kg×10N/kg×60m＝9×105J，由η=WW電=W有η=【答案】（1）配重體P的重力大小為4×104N；（2）當(dāng)滑輪組位于C端時，該“塔吊”恰能吊起貨物的質(zhì)量為1×103kg；（3）某次操作中，滑輪組在BC間安全吊起質(zhì)量為1.5噸的貨物，勻速上升60m，滑輪組上的鋼繩的水平拉力F大小為5000N；（4）在上第（3）小問中，如果電動卷揚(yáng)機(jī)的效率是90%，配套電動機(jī)消耗的電能為1×106J。【分析】（1）根據(jù)G＝mg可求出配重體P的重力大??；（2）知道阻力、阻力臂、動力臂，根據(jù)杠桿平衡條件求出動力，從而求出貨物的質(zhì)量；（3）不計鋼繩、滑輪組重力及摩擦，根據(jù)F=1nG物求出鋼繩的水平拉力（4）根據(jù)W＝Gh求出電動機(jī)做的有用功，根據(jù)η=W【例7】隨著疫情防控形勢的好轉(zhuǎn)，人民群眾的生產(chǎn)生活秩序逐步恢復(fù)正常，各地的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目正在熱火朝天的開工建設(shè)。如圖所示，某建筑工地上，工人通過固定在斜面頂端的滑輪組把工件勻速拉上斜面。已知斜面高h(yuǎn)＝6m，長L＝10m，工人施加的拉力F＝600N，工件的質(zhì)量m＝250kg，工件沿斜面上升的速度v＝0.5m/s；若不計工件和滑輪組長度，忽略繩和動滑輪重量及繩與滑輪間、滑輪與輪軸間的摩擦，g取10N/kg。求：（1）拉力F做功的功率P；（2）整個裝置的機(jī)械效率η；（3）工件所受斜面的摩擦力f。【解析】（1）由圖可知n＝3，繩子自由端移動的速度：v＝nv物＝3×0.5m/s＝1.5m/s，拉力F做功的功率：P=Wt=Fst=Fv＝600（2）由v=st可知，工件移動所用的時間：t=L由P=Wt可知，拉力F做的總功：W總＝Pt＝900W×20s＝1.8×104工件的重力：G＝mg＝250kg×10N/kg＝2500N，則有用功：W有＝Gh＝2500N×6m＝1.5×104J，所以整個裝置的機(jī)械效率：η=W有W（3）額外功：W額＝W總﹣W有＝1.8×104J﹣1.5×104J＝3000J，因?yàn)椴挥嫻ぜ突喗M長度，忽略繩和動滑輪重量及繩與滑輪間、滑輪與輪軸間的摩擦，所以克服斜面的摩擦力做的功為額外功，由W額＝fL可知，工件所受斜面的摩擦力：f=W額L【答案】（1）拉力F做功的功率P為900W；（2）整個裝置的機(jī)械效率η為83.3%；（3）工件所受斜面的摩擦力f為300N?！军c(diǎn)評】本題考查了有用功、總功、額外功、功率和機(jī)械效率的計算，注意整個裝置的有用功為克服工件重力做的功。【例8】甲、乙、丙三人用如圖所示裝置打撈水中重物。端點(diǎn)為A、B的木棒中點(diǎn)為C，端點(diǎn)為D、H的木棒中點(diǎn)為E；兩根木棒質(zhì)地均勻，均為圓柱體，重力均為150N；重物的體積為0.01m3、重力為1200N；A、B、H是三人對木棒施力的作用點(diǎn)，C與D之間、E與重物之間均通過輕繩相連。打撈過程中兩根輕繩始終緊繃，三人用豎直向上的力使兩根木棒始終以相同的速度同步勻速提升重物，最終將重物打撈出水。（不計輕繩的質(zhì)量及水的阻力，g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）（1）重物浸沒在水中時受到的浮力大小為多少？（2）重物浸沒在水中時，打撈過程中輕繩對D點(diǎn)的拉力大小為多少？（3）若重物浸沒在水中時，被提升的高度為1m，請計算整個裝置在此過程中的機(jī)械效率?！窘馕觥浚?）重物浸沒在水中時受到的浮力：F?。溅阉甮V排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3＝100N；（2）物體浸沒在水中時，受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和拉力的作用處于平衡狀態(tài)，則作用在E點(diǎn)下方繩子上的拉力：FE＝G物﹣F?。?200N﹣100N＝1100N，作用在杠桿上E點(diǎn)的阻力：F阻力＝FE+G木棒＝1100N+150N＝1250N，以H點(diǎn)為支點(diǎn)，由杠桿平衡條件可知，F(xiàn)DLDH＝F阻力LEHD端繩子對杠桿的拉力：FD=F阻力LEHL（3）有用功：W有＝FEs＝1100N×1m＝1100J，額外功：W額＝2G木棒h＝2×150N×1m＝300J，總功：W總＝W有+W額＝1100J+300J＝1400J，整個裝置在此過程中的機(jī)械效率：η=W有W【答案】（1）重物浸沒在水中時受到的浮力大小為100N；（2）重物浸沒在水中時，打撈過程中輕繩對D點(diǎn)的拉力大小為625N；（3）整個裝置在此過程中的機(jī)械效率為78.57%?！军c(diǎn)評】本題考查力阿基米德原理、杠桿平衡條件、有用功、額外功、總功以及機(jī)械效率的計算，關(guān)鍵會進(jìn)行正確的受力分析。（1）根據(jù)阿基米德原理的變形公式F?。溅阉甮V排求出重物浸沒在水中時受到的浮力；（2）物體浸沒在水中時，受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和拉力，據(jù)此求出作用在E點(diǎn)下方繩子上的拉力，由于兩根木棒質(zhì)地均勻，因此重力的作用點(diǎn)在圓柱體的中點(diǎn)，再根據(jù)木棒中的E點(diǎn)受到豎直向下的拉力和木棒的重力可求出作用在木棒上E點(diǎn)的阻力；最后根據(jù)杠桿平衡條件求出打撈過程中輕繩對D點(diǎn)的拉力；（3）根據(jù)W有＝Fs求出E點(diǎn)下方繩子上拉力做的有用功，額外功是克服兩根木棒重力做的功，根據(jù)W額＝Gh求出額外功，再根據(jù)W總＝W有+W額求出總功，最后根據(jù)η=W類型二電學(xué)綜合計算題該類題型常以家用電器為題材，或以動態(tài)電路為載體，電路分析、串并、聯(lián)電路相關(guān)公式應(yīng)用是試題的考查點(diǎn)，涉及到的規(guī)律與公式較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大?！纠?】如圖甲所示電路，電源電壓可調(diào)，R為標(biāo)有“1A“字樣的滑動變阻器，電流表量程為0﹣3A，L1、L2是額定電壓均為6V的小燈泡，其電流與電壓的關(guān)系如圖乙所示。求：（1）L2正常發(fā)光時的電阻；（2）若只閉合開關(guān)S1，電源電壓調(diào)節(jié)為10V，滑片P滑至中點(diǎn)時小燈泡正常發(fā)光，滑動變阻器的最大阻值；（3）若不清楚電路中各開關(guān)閉合或斷開的狀態(tài)，滑動變阻器滑片P的移動范圍為2Ω至最大阻值處，現(xiàn)移動滑片P同時調(diào)節(jié)電源電壓，使電路中兩個小燈泡均發(fā)光且有小燈泡正常發(fā)光，電路中各元件均安全工作，對應(yīng)電路總電功率的變化范圍?！窘馕觥浚?）當(dāng)燈泡L2正常發(fā)光時，L2兩端的電壓U2＝6V，由圖象可知通過L2的電流IL2＝0.8A，由歐姆定律，L2正常發(fā)光時的電阻：RL2=UL2IL2（2）若只閉合S1時，燈L2與變阻器串聯(lián)，因燈正常發(fā)光，燈的電壓為UL2＝6V，電流為IL2＝0.8A，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律，變阻器連入電路中的電阻：R滑中=U?UL2IL2=10V?6V0.8A=5（3）由題意可知，兩個小燈泡均發(fā)光且有小燈泡正常發(fā)光，滿足該條件可能有兩種情況：①閉合S1、S2時，燈L2與L2并聯(lián)后再與變阻器串聯(lián)，因兩燈的額定電壓均為6V，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知，兩燈均可正常發(fā)光，由圖象乙可知，兩燈正常發(fā)光時的電流分別為：1.2A、0.8A，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知，此時干路電流為：1.2A+0.8A＝2A＞1A，即電路中的電流大于滑動變阻器允許通過的最大電流，因此該情況的電路不能正常工作，故排除；②只閉合S3時，兩燈串聯(lián)后再與變阻器串聯(lián)，通過兩燈的電流相等，因燈L1的額定電流大于燈L2的額定電流，所以只能使L2正常發(fā)光，此時電路中的電流：I＝IL2＝0.8A；由圖象可知，當(dāng)電流為0.8A時的L1兩端的電壓UL1＝2V，此時燈L1的電阻RL1=UL1I=因滑動變阻器接入電路的電阻不小于2Ω，根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知，電路的最小電阻：R串小＝7.5Ω+2Ω+2.5Ω＝12Ω；電路的最大電阻：R串大＝7.5Ω+10Ω+2.5Ω＝20Ω，所以電路的最小功率：P?。絀2R串?。剑?.8A）2×12Ω＝7.68W；電路的最大功率：P大＝I2R串大＝（0.8A）2×20Ω＝12.8W，即電路的功率范圍為7.68W～12.8W；【答案】（1）L2正常發(fā)光時的電阻為7.5Ω；（2）滑動變阻器的最大阻值為10Ω；（3）對應(yīng)電路總電功率的變化范圍為7.68W～12.8W?！纠?0】圖甲為某品牌電壓力鍋，其電路原理圖如圖乙所示。電源轉(zhuǎn)換器將U＝220V的電壓轉(zhuǎn)換為直流低電壓U'（保持不變），R是熱敏電阻，溫度與鍋內(nèi)溫度保持一致，當(dāng)溫度為100℃時，R的阻值為1700Ω，溫度每升高1℃，阻值減小80Ω。R'是可調(diào)電阻，電磁鐵線圈電阻忽略不計，當(dāng)電磁鐵線圈中的電流達(dá)到0.02A時，銜鐵P被吸起（開關(guān)斷開），此時鍋內(nèi)溫度為115℃；當(dāng)電流減小到0.012A時，銜鐵P被釋放（開關(guān)重新接通），此時鍋內(nèi)溫度為110℃。S為電源開關(guān)；S1為定時器開關(guān)，閉合后自動開始計時，計時結(jié)束會自動斷開，無外力不再閉合，S2為保溫開關(guān)，開始時處于閉合狀態(tài)，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時斷開，當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于60℃時自動閉合，保壓指示燈L1、保溫指示燈L2阻值可忽略。R1、R2阻值均為110kΩ，R3為加熱盤，額定電壓為220V，電阻為48.4Ω。某次煮飯時，電壓力鍋內(nèi)加入適量米和水，蓋好蓋子，閉合S、S1，電壓力鍋進(jìn)入“加熱”工作狀態(tài)，6min后燈L1亮起，電壓力鍋進(jìn)入“保壓”工作狀態(tài)，保壓期間，觀察到燈L1間歇發(fā)光；再過一段時間，S1斷開，燈L2亮起，電壓力鍋進(jìn)入“保溫”工作狀態(tài)。（1）電壓力鍋在“加熱”工作狀態(tài)時，加熱盤R3消耗的電能為多少？（2）電壓力鍋進(jìn)入“保溫”工作狀態(tài)后，下列說法中錯誤的是A。A.燈L1、L2間歇發(fā)光B.燈L1會熄滅、燈L2間歇發(fā)光C.當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于60℃時，R3正常工作D.當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時，通過R3的電流小于0.002A（3）為控制電壓力鍋在“保壓”工作狀態(tài)時，鍋內(nèi)溫度在110～115℃，可調(diào)電阻R'接入電路的阻值為多少？【解析】（1）由題意可知，電壓力鍋在“加熱”工作狀態(tài)時，銜鐵P被釋放、定時器開關(guān)S1閉合，電路為R3的簡單電路，加熱盤R3消耗的電功率：P=U2R加熱時間：t＝6min＝360s，由P=Wt可得，加熱盤R3消耗的電能：W＝Pt＝1000W×360s＝3.6×105（2）AB.當(dāng)電壓力鍋進(jìn)入“保壓”期間，鍋內(nèi)溫度控制在110℃～115℃之間，此時燈L1間歇發(fā)光，當(dāng)電壓力鍋進(jìn)入“保溫”期間，鍋內(nèi)溫度控制在60℃～80℃之間，要使電壓力鍋從“保壓”狀態(tài)達(dá)到“保溫”狀態(tài)，鍋內(nèi)溫度應(yīng)降低，此時電磁鐵應(yīng)停止工作，銜鐵P被釋放，否則電壓力鍋會一直處于保壓狀態(tài)，所以，燈L1會熄滅，燈L2間歇發(fā)光，故A錯誤、B正確；C.當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于60℃時，保溫開關(guān)自動閉合，加熱電路為R3的簡單電路，R3正常工作，故C正確；D.當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時，保溫開關(guān)斷開，保溫指示燈L2阻值可忽略，加熱電路為R2與R3串聯(lián)，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，且串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，通過R3的電流I3＝I=UR總（3）因當(dāng)溫度為100℃時，R的阻值為1700Ω，溫度每升高1℃，阻值減小80Ω，所以，當(dāng)鍋內(nèi)溫度為115℃時，熱敏電阻的阻值R熱1＝1700Ω﹣（115℃﹣100℃）×80Ω/℃＝500Ω，當(dāng)鍋內(nèi)溫度為110℃時，熱敏電阻的阻值R熱2＝1700Ω﹣（110℃﹣100℃）×80Ω/℃＝900Ω，又因當(dāng)電磁鐵線圈中的電流達(dá)到I1＝0.02A時鍋內(nèi)溫度為115℃，當(dāng)電流減小到I2＝0.012A時鍋內(nèi)溫度為110℃，所以，由直流低電壓U'不變可得：U′＝I1（R熱1+R′）＝I2（R熱2+R′），即：0.02A×（500Ω+R′）＝0.012A×（900Ω+R′），解得：R′＝100Ω。【答案】（1）電壓力鍋在“加熱”工作狀態(tài)時，加熱盤R3消耗的電能為3.6×105J；（2）A；（3）為控制電壓力鍋在“保壓”工作狀態(tài)時，鍋內(nèi)溫度在110～115℃，可調(diào)電阻R'接入電路的阻值為100Ω。類型三力、電、熱綜合計算該類題型綜合多種物理知識點(diǎn)，聯(lián)系生活實(shí)際，立意于新的物理情境，解題過程中應(yīng)用機(jī)械運(yùn)動、力與運(yùn)動的關(guān)系、二力平衡、簡單機(jī)械、壓強(qiáng)浮力、內(nèi)能與熱量、串并聯(lián)電路的規(guī)律、電功與電熱以及電磁現(xiàn)象等多中物理規(guī)律，綜合性更強(qiáng)，對我們各種能力要求更高，要求我們多關(guān)注生活中的物理，學(xué)會思考，學(xué)會知識遷移和建模，應(yīng)用所學(xué)知識解決生活中的物理問題?！纠?1】中國承諾力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，此項(xiàng)目標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國家。益眾公司積極行動起來開展照明燈具升級換代實(shí)驗(yàn)（如圖），L是“220V100W”的白熾燈泡，P是“220V10W”的節(jié)能燈，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)“開關(guān)S1斷開、S2閉合”時的照明效果與“S1閉合、S2斷開”時相同，公司決定廠房內(nèi)“1個P燈替代2個L燈”。求：（1）S1閉合、S2斷開時電路A處的電流（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）；（2）“S1閉合、S2斷開”工作1h比“S1斷開、S2閉合”工作1h節(jié)省多少J的電能；（3）公司廠房內(nèi)原有1000個L燈按“決定”替換成500個P燈，若公司每年生產(chǎn)300天，每天工作10h，這些電力均為燃煤發(fā)電，所用燃料煤熱值為3×107J/kg，發(fā)電效率為40%，求益眾公司每年因此項(xiàng)改進(jìn)減少燃煤消耗的質(zhì)量。【解析】（1）S1閉合、S2斷開時，電路為P的簡單電路，電路A處的電流I=PPU（2）S1斷開、S2閉合，電路為兩個L并聯(lián)的電路，工作1h消耗的電能W1＝2PLt＝2×100W×1×3600s＝7.2×105J，S1閉合、S2斷開，電路為P的簡單電路，工作1h消耗的電能W2＝PPt＝10W×1×3600s＝3.6×104J，節(jié)省的電能△W＝W1﹣W2＝7.2×105J﹣3.6×104J＝6.84×105J；（3）1000個L燈每年消耗的電能W1′＝1000PLt′＝1000×100W×300×10×3600s＝1.08×1012J，500個P燈每年消耗的電能W2′＝500PPt′＝500×10W×300×10×3600s＝5.4×1010J，節(jié)省的能量△W′＝1.08×1012J﹣5.4×1010J＝1.026×1012J，燃料煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q放=△W′η=1.026×1燃煤的質(zhì)量m=Q放q煤【答案】（1）S1閉合、S2斷開時電路A處的電流為0.05A；（2）節(jié)省6.84×105J的電能；（3）益眾公司每年因此項(xiàng)改進(jìn)減少燃煤消耗的質(zhì)量為8.55×104kg?！纠?2】圖甲是兩空氣炸鍋，圖乙是其內(nèi)部簡化電路，R1、R2均為發(fā)熱體，將開關(guān)S分別置于1、2兩位置時，空氣炸鍋處于不同的擋位。已知空氣炸鍋的高溫?fù)豕β蕿?00W，R2阻值為96.8Ω。求：（1）高溫?fù)鯐r，發(fā)熱體R2的功率是多少W？（2）發(fā)熱體R1的阻值是多少Ω？（3）空氣炸鍋一次性可裝入200g牛柳，若將這些牛柳從30℃加熱到180℃，牛柳需要吸收多少熱量？[c牛柳＝3×103J/（kg?℃）]?！窘馕觥浚?）由電路圖可知，當(dāng)S置于1位置時，R1、R2并聯(lián)，當(dāng)S置于2位置時，只有電阻R2接入電路；因?yàn)椴⒙?lián)電路的電阻小于任何一個分電阻，所以，由P=U當(dāng)S置于2位置時，空氣炸鍋處于低溫狀態(tài)；高溫狀態(tài)時，R1、R2并聯(lián)，則R2的功率：P2=U2R（2）高溫狀態(tài)時，R1、R2并聯(lián)，則：P高溫＝P1+P2，所以，發(fā)熱體R1的功率：P1＝P高溫﹣P2＝900W﹣500W＝400W，根據(jù)P=U2R可得發(fā)熱體R1=U2P1（3）牛柳需要吸收的熱量Q吸＝cmΔt＝3×103J/（kg?℃）×0.2kg×（180℃﹣30℃）＝9×104J?！敬鸢浮浚?）高溫?fù)鯐r，發(fā)熱體R2的功率為500W；（2）發(fā)熱體R1的阻值是121Ω；（3）空氣炸鍋一次性可裝入200g牛柳，若將這些牛柳從30℃加熱到180℃，牛柳需要吸收9×104J的熱量?！痉治觥浚?）分析將開關(guān)S分別置于1、2兩位置時電阻的變化，根據(jù)P=U2R分析電路功率大小可知空氣炸鍋處于哪種工作狀態(tài)；高溫?fù)鯐r，根據(jù)P=U（2）根據(jù)高溫?fù)豕β屎蚏2的功率即可求出R1的功率，再根據(jù)P=U2R的變形公式求出發(fā)熱體（3）根據(jù)Q＝cmΔt可求得牛柳需要吸收的熱量?！纠?3】如圖是一種用于建筑工地、橋梁施工等工程的爬梯式混凝土攪拌機(jī)。工作時，攪拌機(jī)將原料加工成混凝土后自動倒入運(yùn)料斗，在提升電機(jī)的帶動下，運(yùn)料斗通過爬梯頂端定滑輪沿豎直爬梯上升到一定位置，然后將混凝土卸下。該爬梯式攪拌機(jī)部分參數(shù)如表所示，求：型號J2M310整機(jī)質(zhì)量（kg）2000空的運(yùn)料斗質(zhì)量（kg）70提升電機(jī)額定功率（kW）4.5（1）提升電機(jī)正常工作8h，消耗的電能是多少kW?h？（2）若運(yùn)料斗每次能運(yùn)送混凝土400kg，則運(yùn)送40m3的混凝土至少需要多少次？（設(shè)混凝土的密度為2×103kg/m3）（3）某次將裝有4000N混凝土的運(yùn)料斗提升9m，若提升部分的機(jī)械效率為80%，則提升過程中運(yùn)料斗受到的阻力是多少N？（不計繩重及滑輪摩擦）【解析】（1）電機(jī)正常工作8h，P＝P額＝4.5kW，則所消耗的電能：W＝Pt＝4.5kW×8h＝36kW?h；（2）40m3的混凝土的質(zhì)量：m＝ρV＝40m3×2×103kg/m3＝8×104kg，若每次所裝混凝土質(zhì)量為400kg，故要運(yùn)的次數(shù)：n=8×1（3）有用功為克服混凝重力做的功，因不計繩重、滑輪摩擦及空氣阻力，故做的額外功為克服運(yùn)料斗的重力和克服運(yùn)料斗受到爬梯的阻力做的功，運(yùn)料斗的重力G斗＝m斗g＝70kg×10N/kg＝700N，則根據(jù)η=W提升過程中運(yùn)料斗受到的阻力f=Gη?G﹣G斗=4000N80%?4000【答案】（1）提升電機(jī)正常工作8h，消耗的電能是36kW?h；（2）若運(yùn)料斗每次能運(yùn)送混凝土400kg，則運(yùn)送40m3的混凝土至少需要200次；（3）提升過程中運(yùn)料斗受到的阻力是300N。【點(diǎn)評】本題考查電功率、密度、機(jī)械效率公式的運(yùn)用，難點(diǎn)是最后一問，關(guān)鍵是明確在不計繩重、滑輪摩擦及空氣阻力的條件下額外功的來源。（1）已知電機(jī)額定功率，根據(jù)W＝Pt即可求出電機(jī)正常工作8h所消耗的電能；（2）根據(jù)密度公式求出40m3的混凝土的質(zhì)量，根據(jù)每次所裝混凝土質(zhì)量求出要運(yùn)的次數(shù)n；（3）有用功為克服混凝重力做的功，因不計繩重、滑輪摩擦及空氣阻力，故做的額外功為克服運(yùn)料斗的重力和克服運(yùn)料斗受到爬梯的阻力做的功，根據(jù)η=W【例14】“五一”假期，小明全家駕駛一輛油電混合動力汽車外出旅游，油電混合動力汽車工作原理如圖所示。當(dāng)它以90km/h的速度勻速行駛10min的過程中，發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電機(jī)共同為汽車提供動力，驅(qū)動汽車行駛所需的能量W1＝3×107J，其中η1＝60%來自于汽油燃燒釋放的熱量，而汽油燃燒釋放熱量的η2＝40%用于驅(qū)動汽車行駛和對蓄電池充電，其中用于充電的能量W2＝2×106J。（汽油在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)完全燃燒，汽油熱值q＝5×107J/kg）（1）當(dāng)該汽車制動剎車時，驅(qū)動電機(jī)會反轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，電機(jī)發(fā)電的原理是電磁感應(yīng)，一般汽車尾部都安裝有尾翼，其上表面是平的，而下表面呈弧形，有助于汽車行駛時車輪能更好地抓緊地面，這是利用流體流速大的地方、壓強(qiáng)小的原理制成的。（2）求油電混合動力汽車在勻速行駛過程中牽引力的功率及受到的阻力。（3）求此過程中油電混合動力汽車消耗汽油的質(zhì)量。【解析】（1）電機(jī)發(fā)電的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象；由于上表面平直，下表面呈弧形凸起，當(dāng)汽車高速行駛時，流過它上方的空氣速度比下方空氣速度小，此時，上方空氣壓強(qiáng)比下方空氣壓強(qiáng)大，受到一個向下的壓力差，從而使車輪抓緊地面；（2）根據(jù)速度公式v=st知，以90km/h的速度勻速行駛10s＝vt＝90km/h×1060h＝15km＝15000根據(jù)W＝Fs知汽車勻速行駛的牽引力：F=Ws=因?yàn)槠囎鰟蛩僦本€運(yùn)動，所以阻力和牽引力是一對平衡力，大小相等，即f＝F＝2000N；牽引力的功率：P=Wt=3×1（3）汽車行駛時，汽油燃燒放出的熱量為mq，其中只有η2mq用來行駛和充電，根據(jù)題意，則有η2mq＝W1η1+W2，即W1η1＝η2mq﹣W2，代入數(shù)據(jù)得60%×3×107J＝40%×5×107J/kg×m﹣2×106J，解得：m＝1kg?！敬鸢浮浚?）電磁感應(yīng)；流速大的地方，壓強(qiáng)?。唬?）牽引力的功率為5×104W；汽車受到的阻力為2000N；（3）汽車所消耗汽油的質(zhì)量m為1kg?！军c(diǎn)評】本題的難點(diǎn)是分析能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，汽油完全燃燒放出的熱量提供給汽車行駛的部分能量，同時汽車行駛需要的能量又不會全部是汽油完全燃燒提供的，關(guān)鍵認(rèn)清效率的關(guān)系?！纠?5】如圖甲所示，小勇同學(xué)設(shè)計了一個汽車落水安全裝置并進(jìn)行了試驗(yàn)，在汽車的四個門板外側(cè)分別安裝一個氣囊，氣囊的觸發(fā)由圖乙所示電路中a、b間的電壓來控制，壓敏電阻R1水平安裝在汽車底部A處，R1的阻值隨其表面水的壓力的變化如圖丙所示。某次試驗(yàn)時：汽車入水前把R2的滑片調(diào)到合適位置不動，閉合開關(guān)S，電壓表的示數(shù)為3V，再把汽車吊入足夠高的長方體水池中緩慢下沉，直到a、b間的電壓等于或大于3V時，氣囊就充氣打開，使汽車漂浮在水中，試驗(yàn)裝置相關(guān)參數(shù)如表所示。電源電壓4.5VR1接觸水的面積15cm2長方體水池底面積20m2（1）求汽車入水前電路中的電流；（2）當(dāng)汽車漂浮時，測得水池的水位比汽車入水前上升了8cm（水未進(jìn)入車內(nèi)），求汽車受到的重力；（3）求氣囊充氣打開時汽車A處浸入水中的深度?！窘馕觥浚?）汽車入水前，R1表面水的壓力為0，由圖丙可知此時其阻值為20Ω，由乙圖知R1和R2組成串聯(lián)電路，電壓表測的是R2兩端的電壓，示數(shù)為3V，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律U＝U1+U2得，R1兩端的電壓為：U1＝U﹣U2＝4.5V﹣3V＝1.5V，電路中的電流為：I=U1R（2）當(dāng)汽車漂浮時，水池的水位比汽車入水前上升了8cm，則汽車排開水的體積為：V排＝S水池△h＝20m2×8×10﹣2m＝1.6m3，汽車受到的浮力為：F?。溅阉甮V排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1.6m3＝1.6×104N，當(dāng)汽車漂浮時，受到的重力和浮力平衡，大小相等，則