资源描述
题型(四) 综合应用题
类型一 力学综合题
1.[2019·咸宁]我国常规动力核潜艇具备先进的通信设备、武器、导航等系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能,如图T4-1所示是某型号常规动力核潜艇,主要技术参数如下表。(海水密度近似为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)核潜艇在深海中匀速潜行时,如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情,潜艇会急速掉向数千米深的海底,潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然 (选填“变大”“变小”或“不变”)造成的,此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出,使潜艇受到的重力 (选填“大于”或“小于”)它的浮力。
(2)该潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处,潜艇上面积为2 m2的舱盖受到海水的压力增大了6×105 N,则潜艇原来位置的深度h是多少?
(3)该潜艇在水下以最大输出功率巡航,当达到最大速度匀速运动时,受到海水的平均阻力f是多少?
排水量
水上运动2250 t,
水下运动3000 t
最大潜水
深度
300 m
最大航速
水上30 km/h,
水下36 km/h
水下最大
输出功率
3000 kW
图T4-1
2.[2019·鄂尔多斯]举世瞩目的港珠澳大桥于2018年10月24日正式通车,是集桥、岛、隧道于一体的跨海桥梁。图T4-2甲是建造大桥时所用的起吊装置示意图,若使用柴油机和滑轮组将高h=1 m的实心长方体A从海底以0.1 m/s的速度匀速吊出海面,图乙是物体A所受拉力F1随时间t变化的图像。(ρ海水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,不计摩擦、水的阻力及绳重)
(1)求物体A的密度。
(2)当物体A在计时起点的位置时,求上表面受到海水的压力。
(3)物体A露出水面前,柴油机对绳的拉力F做的功W随时间t的变化图像如图丙所示,求此过程滑轮组的机械效率。
图T4-2
类型二 电学综合题
1.如图T4-3甲所示,电源电压恒定,滑动变阻器的规格为“30 Ω 1 A”,在AB间接入规格为“12 V 12 W”的灯泡,闭合开关,当滑动变阻器的15阻值连入电路时,灯泡正常发光。
(1)求灯泡的电阻。
(2)求电源电压。
(3)R0是如图乙所示的Ra和Rb之间任意取值的电阻,当在AB间接入电阻R0后,闭合开关,在保证电路安全的情况下,将滑片P从最右端向左滑动的过程中,电流表示数均出现过0.4 A(电流表选择0~0.6 A量程),求R0的取值范围。
图T4-3
2.[2019·连云港]中国天才科学家曹原,在2018年3月5日,成功实现了石墨烯的“超导电实验”,破解了困扰全球物理学界107年的难题,为超导研究打开了一扇新的大门,可能成为常温超导体研究的里程碑,超导应用即将走进我们的生活。现有一个小型水电站,如图T4-4所示,发电机提供的电压U=250 V,保持恒定,通过输电线向较远处用户输电,输电线的总电阻R0=0.15 Ω。闭合开关S,若发电机提供给电路的总功率P=50 kW。
(1)求通过输电线的电流I和输电线上损耗的热功率P0。
(2)求用户得到的功率P1和输电效率η。
(3)若将输电线改为超导输电线,在保证用户得到以上功率不变的情况下(此时可在用电器前端加一调压装置,以保证用电器能正常工作),与原来相比,每天节省的电能可供一个额定功率P2=1 kW的电饭煲正常工作多少天?(假设电饭煲每天工作2小时)
图T4-4
类型三 力热综合题
1.我国的“电电气”新能源公交汽车既可以用充电桩充电,也可以用汽车顶部的太阳能电池板为汽车辅助充电,还可以使用天然气,当蓄电池电力储存不够时,就用燃气发动机为汽车提供动力,太阳能电池板每天能向蓄电池充入10~20 kW·h的电能。已知蓄电池消耗的电能有90%转化为汽车前进所做的功,天然气完全燃烧时产生的内能有30% 转化为汽车前进所做的功,天然气热值为4.5×107 J/kg,该车行驶时受到的阻力为3.6×103 N。
(1)当汽车以72 km/h的速度匀速行驶时,牵引力的功率为多少?
(2)太阳能电池板提供的电能每天最少能让汽车匀速行驶的距离是多少?
(3)若汽车使用太阳能电池板提供的电能,则每天最多可以节约天然气的质量为多少?
2.[2016·鄂尔多斯]2015年3月9日,全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”(如图T4-5甲所示)在阿联酋首都阿布扎比起程,开始5个月的环球飞行。(g取10 N/kg)
(1)“阳光动力2号”所利用的太阳能是 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)“阳光动力2号”的质量仅有2300 kg,相当于一辆中型轿车。假设飞机停在水平地面时,轮与地面的总接触面积为0.1 m2,这时飞机对地面的压强是多大?
(3)该飞机在某段时间内,在水平方向飞行时获得的动力F随运动时间t的变化情况如图乙所示,t=50 s后,它的速度可达到72 km/h,并做匀速直线运动,则在50~100 s内,牵引力做了多少功?
(4)太阳能电池板能提供的最大功率为70 kW,该飞机的最大飞行速度为140 km/h。若发动机保持60 kW的输出功率匀速飞行1 h,发动机输出的能量为多大?这些能量相当于多少升的航空燃油完全燃烧时释放的能量?(航空燃油热值取4×107 J/kg,密度取0.75×103 kg/m3)
图T4-5
类型四 电热综合题
1.图T4-6甲是某品牌电暖器,有“低温”“中温”“高温”三挡,铭牌如下表所示(“高温”挡功率未知),图乙为其简化电路原理图。
(1)“低温”挡正常工作时的电阻是多少?
(2)“高温”挡正常工作时的电流是多少?
(3)若某房间内空气质量为60 kg,空气温度为10 ℃,空气的比热容为1.1×103 J/(kg·℃)且保持不变,用该电暖器的“高温”挡正常工作15 min,放出热量的50%被房间内的空气吸收,那么可使此房间内的空气温度升高多少摄氏度?
图T4-6
额定电压
220 V
额定
功率
低温挡
550 W
中温挡
1100 W
高温挡
频率
50 Hz
2.图T4-7甲是小明家电热水壶内部的简化电路图,其中R1为加热管,R2为限流电阻,只有加热管R1放出的热量能被水吸收。S1是温控开关(也叫防干烧开关),S、S2是手动开关,调节S、S2可以使电热水壶分别处于加热和保温状态,图乙是该电热水壶的铭牌。
(1)电热水壶处于加热状态时,手动开关S、S2应处于什么状态?正常工作时,通过加热管R1的电流为多少?
(2)电热水壶装入最大容量初温为25 ℃的水,则烧开(标准大气压下)这壶水需要吸收的热量是多少?上述加热过程耗时8 min,则该电热水壶的加热效率是多少?[c水=4.2×103 J/(kg·℃),结果精确到1%]
(3)水烧开后,让电热水壶处于保温状态,若R2=165 Ω,则此时电路的功率为多少?
(4)小明发现在晚上用电高峰时烧开一壶水比白天用时长,晚上他进行了测量,关掉家里其他电器,仅电热水壶工作,他观察到家里电能表(如图丙)转盘在1 min内转了40转,则晚上用电高峰烧水时电热水壶的实际功率为多少?
图T4-7
3.洗碗机是自动清洗碗、筷、盘、碟等餐具的机器。某型号家用洗碗机工作程序为:首先给水箱注水,当水注满时停止注水并自动加热,水温上升到50 ℃时即停止加热,洗涤程序启动,水从喷管喷出对餐具清洗、喷淋,直到洗涤过程结束,排水泵启动,将水箱中的废水排出。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),设水箱中水的初温为20 ℃,加热时产生的热量全部被水吸收。
(1)图T4-8甲为等效的加热电路图,R为发热电阻,其中位于水箱上部的两个导电块A、B组成一个开关,此开关除了具有注满水时自动加热功能(一般的水是导体)外,还具有当加热过程中意外排水或排水阀没有关好时,
的功能。
(2)图乙为该洗碗机某次正常工作时的P-t图像,求发热电阻R的阻值及该洗碗机工作一次在加热及清洗、喷淋过程中消耗的电能。(不计水的电阻)
(3)某家庭每天洗碗2次,若人工洗碗一次用水20 kg,则改用该洗碗机洗碗,该家庭一年(按300天)可节水的质量为多少?
图T4-8
4.如图T4-9甲、乙是一种家用电熨斗(额定电压为220 V)及其简化电路原理图,虚线框内为加热电路,R0是定值电阻,R是可变电阻(调温开关)。该电熨斗温度最低时的耗电功率为121 W,温度最高时的耗电功率为484 W,根据以上信息计算:
(1)定值电阻R0的阻值。
(2)可变电阻R的阻值变化范围。
(3)假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差Δt的关系如图丙所示,现在环境温度为20 ℃的房间内使用该电熨斗熨烫毛料西服,要求电熨斗表面温度为220 ℃,且保持不变,问应将R的阻值调为多大?
图T4-9
5.[2018·海南]如图T4-10甲所示是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U0=220 V的电源和阻值为R0=88 Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U1=7.5 V的电源、开关S、电磁继电器(线圈电阻不计)、电阻箱R1(取值范围为0~120 Ω)和热敏电阻Rt组成的,热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50 mA时,衔铁才吸合,从而切断右边工作电路,停止加热。
(1)由图乙可知热敏电阻Rt的阻值随温度的升高而 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)求工作电路中电热丝R0工作时的电流和工作5 min产生的热量。
(3)如果恒温箱的温度设定为60 ℃,则电阻箱R1应取多大阻值。
(4)该恒温箱可设定的最高温度是多少?
图T4-10
6.如图T4-11甲所示为小颖同学设计的电热水器的原理图,该电热水器具有加热、保温功能,图甲由电磁继电器(线圈电阻不计)、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6 V的电源U1、导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I<10 mA时,继电器动触点和上方静触点c接通;当电磁铁线圈中的电流I≥10 mA时,电磁铁的衔铁被吸下,继电器动触点和下方静触点a、b接通。热敏电阻R中允许通过的最大电流I0=15 mA,其阻值随温度变化的规律如图乙所示。热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中。已知R1=33 Ω、R2=66 Ω、R3=154 Ω、U2=220 V。
(1)衔铁正好被吸下时,求加热电路中通过电阻R1的电流及电阻R2的电功率。(结果保留一位小数)
(2)求保温状态下,电热水器10 min消耗的电能。
(3)为使控制电路正常工作,保护电阻R0的阻值至少为多大?若R0为该值,衔铁刚好被吸下时储水箱中的水温是多少?
图T4-11
类型五 力电综合题
1.[2018·白银] 如图T4-12所示为某品牌四旋翼无人机,该无人机具有一键起降和返航、空中悬停、高清拍摄、GPS定位等功能,下表是该无人机的部分参数。在某次火灾中,该无人机参与火情的勘测,它先以最大速度匀速直线上升,达到60 m高处时,再以最大速度水平匀速直线飞行到达1.6 km远处的火场上空。若无人机整个过程四个电动机同时工作,电动机将电能转化为机械能的效率为90%。假设无人机以最大速度匀速直线上升时,受到的阻力大小为10 N,通过计算回答下列问题:(g取10 N/kg)
(1)无人机从起飞到火场上空,这一过程所需总时间是多少?
(2)无人机到达火场上空后悬停观测10 min,则10 min内电动机消耗多少电能?
(3)无人机以最大速度匀速直线上升60 m,这个过程中消耗多少电能?
整机质量
2 kg
电池额定电压
15 V
最大上升速度
6 m/s
电动机工作电压
12 V
最大下降速度
2 m/s
悬停时每个
电动机功率
50 W
最大水平速度
16 m/s
电动机数量
4
图T4-12
2.近几年来,我国大力推广新能源汽车,2018年鄂尔多斯市正式发放新能源汽车牌照。如图T4-13甲所示是某款电动汽车,它以60 km/h的速度匀速行驶了80 km,所受的牵引力为720 N,耗电18 kW·h。市面上同时还流行一种油电混合动力汽车,普通汽车刹车时动能全部用于克服与地面的摩擦做功,油电混合动力汽车在关闭发动机后,动能除用于克服与地面的摩擦做功外,其余能量全部通过小型发电机转化为电能储存在蓄电池中。如图乙所示的两条图线,分别是同样车型的普通汽车和油电混合动力汽车在某次测试时刚刚关闭发动机后,动能Ek与路程s的变化曲线。请解答下列问题:
(1)上述行驶过程中,电动汽车牵引力所做的功及功率各是多少?
(2)上述行驶过程中,电动汽车的效率是多少?(结果精确到1%)
(3)设普通汽车与油电混合动力汽车受到的摩擦力大小相等,根据图乙求出本次测试中油电混合动力汽车克服摩擦力消耗的能量是多少?
图T4-13
3.在一次助残活动中,某校初三同学为一残疾人买了一辆电动轮椅。同学们对这辆轮椅的工作原理产生了兴趣。他们对照说明书的电路原理图(如图T4-14所示)了解到,操纵杆可操纵双刀双掷开关S以及滑动变阻器R1的滑片P。前推操纵杆时轮椅前进,再向前推时快速前进;后拉操纵杆时轮椅慢慢后退。又知蓄电池的电压U=24 V(保持不变),定值电阻R2=10 Ω,电动机的额定功率P0=72 W、额定电压U0=24 V。
(1)从原理图可知,当开关S接到 (选填“1、2”或“3、4”)接线柱时,轮椅前进。
(2)当开关S接到1、2时,电流表示数为I=1 A,此时电动机的实际功率为多少?
(3)当电动机以额定功率工作时,轮椅匀速前进的速度为1.5 m/s,电动机线圈的电阻为1 Ω,求此时电动机线圈在1 min内产生的热量及轮椅受到的阻力大小。
图T4-14
4.[2019·长沙模拟]如图T4-15甲所示,利用轮船上的电动机和缆绳从湖底竖直打捞出一长方体物体,图乙中P-t图像表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系,已知0~80 s时间内,物体始终以v=0.1 m/s的速度匀速上升,当t=80 s时,物体底部恰好平稳地放在轮船的水平甲板上。已知电动机的电压是200 V,物体上升过程中的摩擦阻力不计,不考虑动滑轮重力, g取10 N/kg。
(1)求湖水的深度h1以及甲板离水面的距离h2。
(2)求物体的质量m以及体积V。
(3)若电动机电能转化为机械能的效率为80%,求在0~50 s内,电动机线圈中电流的大小。
图T4-15
【参考答案】
类型一
1.解:(1)变小 小于
(2)由p=FS可得压强变化量Δp=ΔFS=6×105N2m2=3×105 Pa,
由Δp=ρgΔh可得Δh=Δpρ海水g=3×105Pa1.0×103kg/m3×10N/kg=30 m,
由表可知,最大潜水深度hmax=300 m,
所以潜艇原来位置的深度h=hmax-Δh=300 m-30 m=270 m。
(3)由表可知水下最大输出功率P=3000 kW=3×106 W,
水下最大航速v=36 km/h=10 m/s,
则潜艇输出的动力F牵=Pv=3×106W10m/s=3×105 N,
因为潜艇匀速运动,所以平均阻力f=F牵=3×105 N。
2.解:(1)由图乙知物体A重力G=3×105 N,
则A的质量m=Gg=3×105N10N/kg=3×104 kg。
完全浸没在海中时受到的浮力F浮=G-F示=3×105 N-2×105 N=1×105 N,
则A的体积
V=V排=F浮ρ海水g=1×105N1.0×103kg/m3×10N/kg=10 m3,
物体A的密度ρA=mV=3×104kg10m3=3×103 kg/m3。
(2)由图乙知物体A从计时开始到上表面到达海面用时80 s,
则开始时A所处深度h深=vt=0.1 m/s×80 s=8 m,
则计时开始时A上表面所受海水压强
p=ρ海水gh深=1×103 kg/m3×10 N/kg×8 m=8×104 Pa;
A的上表面面积
S=Vh=10m31m=10 m2,
所以A上表面所受海水压力F上表面=pS=8×104 Pa×10 m2=8×105 N。
(3)A露出水面前上升过程中滑轮组做的有用功
W有=F示s=F示h深=2×105 N×8 m=1.6×106 J,
由图丙知,W总=2×106 J,
则机械效率η=W有W总=1.6×106J2×106J=80%。
类型二
1.解:(1)灯泡正常工作时通过的电流为IL=PLUL=12W12V=1 A,灯泡电阻RL=ULIL=12V1A=12 Ω。
(2)电源电压U=IL(RL+RP)=1 A×(12 Ω+15×30 Ω)=18 V。
(3)由图乙可知Ra=UaIa=20V2A=10 Ω,Rb=UbIb=50V2A=25 Ω。
由电路图可知,滑动变阻器与R0串联,
若电流表示数为0.4 A,则电路中的总电阻为R总=UI=18V0.4A=45 Ω,
AB间接入电路的R0的最小值为R0min=R总-R=45 Ω-30 Ω=15 Ω。
所以,R0的取值范围为15~25 Ω。
2.解:(1)通过输电线的电流I=PU=50×103W250V=200 A。
输电线上损耗的热功率P0=I2R0=(200 A)2×0.15 Ω=6×103 W=6 kW。
(2)用户得到的功率P1=P-P0=50 kW-6 kW=44 kW。
输电效率η=P1P=44kW50kW=88%。
(3)根据能量关系得到W0=W2,即P0t1=P2t2N,
代入数据有6000 W×24×3600 s=1000 W×2×3600 s×N,
解得N=72天。
类型三
1.解:(1)汽车的速度v=72 km/h=20 m/s,
因为汽车匀速行驶,所以汽车牵引力F=f=3.6×103 N,
牵引力的功率P=Fv=3.6×103 N×20 m/s=7.2×104 W。
(2)太阳能电池板每天向蓄电池充入的最少电能
W电小=10 kW·h=10×3.6×106 J=3.6×107 J,
这些电能转化为的有用功
W有=W电小×η1=3.6×107 J×90%=3.24×107 J,
汽车匀速行驶的最小距离
s小=W有F=3.24×107J3.6×103N=9000 m。
(3)太阳能电池板每天向蓄电池充入的最多电能
W电大=20 kW·h=20×3.6×106 J=7.2×107 J,
这些电能转化为的有用功
W有'=W电大×η1=7.2×107 J×90%=6.48×107 J,
若这些有用功由天然气提供,则需要天然气燃烧产生的热量Q放=W有'η2=6.48×107J30%=2.16×108 J,
需要天然气的质量
m=Q放q=2.16×108J4.5×107J/kg=4.8 kg。
即可以节约天然气的质量为4.8 kg。
2.解:(1)可再生
(2)飞机重力G=mg=2300 kg×10 N/kg=2.3×104 N,飞机对地面的压力F=G=2.3×104 N,
故飞机对地面的压强为
p=FS=2.3×104N0.1m2=2.3×105 Pa。
(3)飞行速度v=72 km/h=20 m/s,在50~100 s内通过的路程为
s=vt=20 m/s×(100-50) s=1000 m,
由图乙知,此时对应的牵引力F牵=1.0×104 N,
所以W=F牵s=1×104 N×1000 m=1×107 J。
(4)发动机的输出功率P=60 kW=60000 W,
飞行时间t'=1 h=3600 s,
故输出的能量Q=Pt'=60000 W×3600 s=2.16×108 J。
根据Q=m油q得,所需航空燃油质量m油=Qq=2.16×108J4×107J/kg=5.4 kg,
体积V=m油ρ=5.4kg0.75×103kg/m3=0.0072 m3=7.2 L。
类型四
1.解:(1)“低温”挡正常工作时的电阻R低=U2P低=(220V)2550W=88 Ω。
(2)由图乙知,闭合开关S1,S2接A时,R1单独接入电路,此时为“中温”挡,则R1=U2P中=(220V)21100W=44 Ω,
S2接A,S1断开时,R1与R2串联,此时为“低温”挡,则R2的电阻R2=R低-R1=88 Ω-44 Ω=44 Ω,
S1闭合,S2接B时,R1与R2并联,此时为“高温”挡,“高温”挡功率为P高=U2R1+U2R2=(220V)244Ω+(220V)244Ω=2200 W,
则高温挡正常工作时的电流I=P高U=2200W220V=10 A。
(3)该电暖器的“高温”挡正常工作15 min放出的热量
Q放=W=P高t时=2200 W×15×60 s=1.98×106 J,
空气吸收的热量
Q吸=ηQ放=50%×1.98×106 J =9.9×105 J,
房间内的空气温度升高
Δt=Q吸cm=9.9×105J1.1×103J/(kg·℃)×60kg=15 ℃。
2.解:(1)手动开关S、S2都闭合。
根据图乙中数据可知,电热水壶的额定功率为880 W,
正常工作时,通过加热管R1的电流为I=P1U=880W220V=4 A。
(2)电热水壶装满水时,水的质量
m水=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1.2×10-3 m3=1.2 kg,
水所吸收的热量
Q吸=c水m水(t1-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1.2 kg×(100 ℃-25 ℃)=3.78×105J。
消耗电能W=P1t时=880 W×8×60 s=4.224×105 J,
电热水壶的加热效率η=Q吸W=3.78×105J4.224×105J≈89%。
(3)由以上分析知加热管电阻R1=UI=220V4A=55 Ω,
当开关S、S1闭合,S2断开时,两电阻串联,电路处于保温状态,此时电路的总电阻R串联=R2+R1=165 Ω+55 Ω=220 Ω,
此时电路中的电流I'=UR串联=220V220Ω=1 A,则此时电路的功率P'=UI'=220 V×1 A=220 W。
(4)电能表转盘转40转电路消耗的实际电能为W实=40r3000r/(kW·h)=175 kW·h=4.8×104 J,晚上用电高峰烧水时电热水壶的实际功率为P实=W实t实=4.8×104J1×60s=800 W。
3.解:(1)自动停止加热
(2)由图乙知,该洗碗机正常加热时的功率是P热=800 W,由于不计水的电阻,
则由P=U2R可知,发热电阻的阻值为R=U2P热=(220V)2800W=60.5 Ω,
该洗碗机正常加热的时间是t1=22 min-1 min=21 min,
清洗、喷淋的时间是t2=82 min-22 min=60 min,
洗碗机工作一次加热及清洗、喷淋过程中消耗的电能是W=W1+W2=P热t1+P洗t2=800 W×21×60 s+120 W×60×60 s=1.44×106 J=0.4 kW·h。
(3)由图乙知,该洗碗机正常加热消耗的电能是W1=P热t1=800 W×21×60 s=1.008×106 J,
又因为加热时产生的热量全部被水吸收,即水吸收的热量Q吸=W1=1.008×106 J,
由Q吸=cm(t温1-t温0)可知,洗碗机洗碗一次用水的质量是
m水=Q吸c(t温1-t温0)=1.008×106J4.2×103J/(kg·℃)×(50℃-20℃)=
8 kg,
因为人工洗碗一次用水20 kg,该洗碗机洗碗一次用水8 kg,则该家庭一年(按300天)可节约水的质量是m总=(20 kg-8 kg)×2×300=7200 kg。
4.解:(1)当可变电阻R接入电路中的电阻为零时,只有R0接入电路,电熨斗消耗的电功率最大,
由P=U2R可得,R0的阻值R0=U2P大=(220V)2484W=
100 Ω。
(2)当R接入电路中的电阻最大时,电熨斗消耗的电功率最小,
此时电路中的总电阻
R总=U2P小=(220V)2121W=400 Ω;
则R的最大阻值
R=R总-R0=400 Ω-100 Ω=300 Ω;
由上述可知,可变电阻R的阻值变化范围为0~300 Ω。
(3)电熨斗表面温度为220 ℃时,电熨斗表面温度与环境温度之差
Δt=220 ℃-20 ℃=200 ℃,
由图丙知,电熨斗每秒钟散发的热量Q=440 J,
则散热功率
P散=Qt时=440J1s=440 W,
要保持电熨斗的表面温度不变,则电熨斗的电功率P=P散=440 W,
此时电路中的总电阻
R总'=U2P=(220V)2440W=110 Ω,
则R的阻值应调为
R'=R总'-R0=110 Ω-100 Ω=10 Ω。
5.解:(1)减小
(2)工作电路中电热丝R0工作时的电流
I0=U0R0=220V88Ω=2.5 A,
工作时间t=5 min=300 s,
电热丝R0产生的热量Q=I02R0t=(2.5 A)2×88 Ω×300 s=1.65×105 J。
(3)由图乙可知,当恒温箱的温度设定为60 ℃时,热敏电阻Rt的阻值Rt=80 Ω,控制电路的电流I=50 mA=0.05 A时,衔铁才吸合,从而切断右边工作电路,停止加热,
则控制电路总电阻
R总=U1I=7.5V0.05A=150 Ω,
根据串联电路电阻的特点可知,电阻箱R1应取的阻值为
R1=R总-Rt=150 Ω-80 Ω=70 Ω。
(4)由图乙可知,当恒温箱可设定的温度最高时,热敏电阻Rt的阻值最小,
由于控制电路的电源电压和衔铁的吸合电流不变,根据R=UI可知,控制电路总电阻不变,要使热敏电阻Rt的阻值最小,电阻箱R1接入的阻值应最大,即R1大=120 Ω,由上述(3)中可知,控制电路总电阻R总=150 Ω,热敏电阻Rt最小电阻为Rt小=R总-R1大=150 Ω-120 Ω=30 Ω,
由图乙可知,当热敏电阻的阻值为30 Ω时,恒温箱可设定的最高温度是150 ℃。
6.解:(1)衔铁正好被吸下时,R1与R2并联,通过电阻R1的电流
I1=U2R1=220V33Ω≈6.7 A,
电阻R2的电功率
P2=U22R2=(220V)266Ω≈733.3 W。
(2)R2、R3串联接入工作电路时处于保温状态,此时电热水器的电功率
P保=U22R2+R3=(220V)266Ω+154Ω=220 W,
电热水器10 min消耗的电能
W=P保t时=220 W×600 s=1.32×105 J。
(3)由图乙可知,热敏电阻的最小值是R小=200 Ω,当热敏电阻最小,控制电路中的电流为最大值时,保护电阻R0阻值最小,则保护电阻R0的最小值
R0小=U1I0-R小=6V0.015A-200 Ω=200 Ω。
由题意知,衔铁刚好被吸下时,控制电路电流
I=10 mA=0.01 A,
此时电路总电阻
R总=U1I=6V0.01A=600 Ω,
此时热敏电阻阻值
R=R总-R0小=600 Ω-200 Ω=400 Ω。
由图乙可知,此时水温为60 ℃。
类型五
1.解:(1)匀速上升所需时间t1=s1v1=60m6m/s=10 s,水平匀速直线飞行时所需时间t2=s2v2=1.6×103m16m/s=100 s,从起飞到到达火场上空所需时间t=t1+t2=10 s+100 s=110 s。
(2)悬停时电动机总功率P=50 W×4=200 W,悬停时电动机消耗电能W1=Pt停=200 W×10×60 s=1.2×105 J。
(3)无人机的重力G=mg=2 kg×10 N/kg=20 N,
上升过程中电动机提供的总动力F=G+f=20 N+10 N=30 N,无人机上升过程做功W2=Fs1=30 N×60 m=1800 J,无人机上升过程中消耗的电能W电=W2η=1800J90%=2000 J。
2.解:(1)牵引力做的功,即有用功
W有=Fs=720 N×80×103 m=5.76×107 J。
牵引力做功的功率P=W有t=Fst=Fv=720 N×60×13.6 m/s=1.2×104 W。
(2)该行驶过程中消耗的电能
W总=18 kW·h=18×3.6×106 J=6.48×107 J,
电动汽车的效率
η=W有W总=5.76×107J6.48×107J≈89%。
(3)由题意可知:当普通汽车开始刹车时其具有的动能为4×105 J,通过的距离为s'=100 m,则受到的摩擦力
f=Ws=Eks'=4×105J100m=4×103 N,
则油电混合动力汽车刹车时所受到的摩擦力也为4×103 N,其刹车过程行驶的距离s″=40 m,
故油电混合动力汽车克服摩擦力消耗的能量为W'=fs″=4000 N×40 m=1.6×105 J。
3.解:(1)3、4
(2)当开关S接1、2时,电动机和R2串联,
R2两端电压
U2=IR2=1 A×10 Ω=10 V,
电动机两端电压
U电=U-U2=24 V-10 V=14 V,
电动机的实际功率
P'=U电I=14 V×1 A=14 W。
(3)电动机的额定电流
I额=P0U0=72W24V=3 A,
电动机线圈在1 min内产生的热量
Q=I额2rt=(3 A)2×1 Ω×60 s=540 J,
电动机的输出功率
P机=P0-P热=P0-I额2r=72 W-(3 A)2×1 Ω=63 W,
由P机=Fv得电动机的牵引力
F=P机v=63W1.5m/s=42 N,
因轮椅匀速前进,则轮椅受到的阻力f'=F=42 N。
4.解:(1)物体从湖底至完全露出水面的时间t1=60 s,所以湖水深度h1=vt1=0.1 m/s×60 s=6 m。
当t=80 s时,物体底部刚好平稳地放在轮船的水平甲板上,
则甲板距离水面的距离
h2=vt2=0.1 m/s×(80 s-60 s)=2 m。
(2)由P=Wt=Fst=Fv可得,
F1=P1v,F2=P2v。
由图乙可知,P1=1×103 W,P2=2×103 W,
则F1=P1v=1×103W0.1m/s=1×104 N,F2=P2v=2×103W0.1m/s=2×104 N。
因不计摩擦阻力和动滑轮重力,则有F1=G-F浮=mg-ρ水Vg,F2=G=mg。
可得m=F2g=2×104N10N/kg=2×103 kg。
物体完全浸没时受到的浮力
F浮=G-F1=2×104 N-1×104 N=1×104 N。
物体的体积
V=V排=F浮ρ水g=1×104N1×103kg/m3×10N/kg=1 m3。
(3)由题知电动机电能转化为机械能的效率为80%,
即W机械W电=80%,可得P电×80%=P机械;
在0~50 s内有P电×80%=P1,
因为P电=UI,
所以I=P180%U=1×103W80%×200V=6.25 A。
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