初中物理计算题解题技巧在综合实践活动中,小峰设计了一种具有加热和保温功能的电路,如图甲所示,图中R 1和R 2均为电阻丝,S 1是电路控制开关,他将该电路接入220 V 家庭电路中,在30 min 内,该电路消耗的总功率随时间变化的图像如图乙所示,求:(1)0~20 min 内,开关S 2是断开还是闭合? (2)0~10 min 内通过R 1的电流; (3)30 min 内该电路消耗的电能。
【参考答案】(1)0~20min 内,开关S 2是闭合的 (2)5 A (3)1.584×106 J 【试题解析】(1)由图乙可知,在0~20 min 内,对应的功率为1 100 W ,为加热状态,根据2U P R=可知,此时电路中电阻较小,故S 2处于闭合状态.(2)R 1此时的电功率1W =1100P ,则通过R 1 (3)在0~20 min 内为加热状态,此时功率为1 100 W ,则电流做功61100W 2060s=1.3210J ==W P t ⨯⨯⨯加加加在20~30 min 内为保温状态,此时功率为440 W ,则电流做功5=440W 1060s=2.6410J =W P t ⨯⨯⨯保温保温保温所以30 min 内该电路消耗的电能656= 1.3210J 2.6410J=1.410J =58W W W +⨯+⨯⨯加保温如图所示是某太阳能热水器,水容量为100 L,该热水器在冬季有效日照时段里,平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×106 J。
若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5 m2,每天日照时间按8 h计算,若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20 ℃升高到60 ℃。
求:[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃,水的密度为1.0×103 kg/m3](1)热水器中水的质量;(2)一天内热水器中的水吸收的热量;(3)热水器在冬季的效率.长沙市为了督促司机遵守限速规定,交管部门在公路上设置了固定测速仪。
如图所示,汽车向放置在路中的测速仪匀速驶来,测速仪向汽车发出两次超声波信号,第一次发出信号到接收到反射回来的信号用时0.5s,第二次发出信号到接收到反射回来的信号用时0.4s。
若测速仪发出两次信号的时间间隔是0.9s,超声波的速度是340m/s,求:(1)汽车接收到第一次信号时,距测速仪多少米?(2)汽车两次接收到信号时位置相距多少米?(3)在该测速区内,汽车的速度是多少?如图甲所示电路,电源两端电压U=7 V不变,R1是定值电阻,R2是滑动变阻器。
当开关S闭合后,改变滑动变阻器接入电路的电阻,其电流与电压的关系如图乙所示。
求:(1)滑动变阻器R2接入电路的最大阻值;(2)定值电阻R1的电阻值;(3)电路消耗电功率的最大值。
小莉在实践活动中设计的模拟调光灯电路,如图所示。
她选用的电源电压恒为12 V,小灯泡上标有“6 V 6 W”、滑动变阻器上标有“20 Ω 2 A”字样。
若不考虑灯泡温度对电阻的影响,闭合开关S后,问:(1)小灯泡正常发光时的电阻是多少?(2)当滑动变阻器的滑片P在中点时,电压表的示数以及电路消耗的总功率是多少?如图所示是市场上一种电热饮水机的简化电路图,S是温控开关,R2是调节电阻,其阻值为176 Ω,R1是供加热的电阻丝,饮水机的铭牌如表所示。
求:[已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)](1)若饮水机正常工作的加热效率为90%,现将质量为1.5 kg,初温为20 ℃的水在一标准大气压下烧开需要吸收的热量是多少?(2)需加热多长时间?(计算结果保留整数)(3)当饮水机处于保温状态时,R1的功率是多少?某山区有一小型水电站,每分钟有60 m3的水从高处落下冲击水轮机。
水轮机与上游水位的落差是50 m。
请问:(g取10 N/kg)(1)水从高处落下时,重力每分钟做了多少功?(2)若水的机械能有70%转化为电能,水电站的发电功率是多少?(3)在(2)的条件下,若输电电压为10 000 V,则输电电流是多少?若输电线的总电阻为0.5 Ω,则输电线上每分钟产生的热量是多少?(1)100 kg (2)1.68×107 J (3)50% 【解析】(1)热水器中水的体积V =100 L=100 3dm =0.1 3m , 由m Vρ=得水的333110kg/m 0.1m m V ρ==⨯⨯=100 kg ; (2)一天内热水器中的水吸收的热量:=Q cm t ∆吸=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃–20 ℃)=1.68×710 J ;(3)一天内热水器接收太阳能的能量:62272.810J/(m h) 1.5m 8h3.3610J E =⨯⋅⨯⨯=⨯,热水器在冬季的效率:771.6810J 100%100%50%3.3610JQ E η⨯=⨯=⨯=⨯吸。
(1)85 m (2)17 m (3)20 m/s【解析】(1)第一次发出信号到测速仪接收到信号用时0.5 s ,所以第一次信号到达汽车的时间为0.25 s , 由v =可得汽车接收到第一次信号时,汽车距测速仪:s 1=v 声t 1=340 m/s×0.25 s=85 m ; (2)第二次发出信号到测速仪接收到信号用时0.4 s ,所以第二次信号到达汽车的时间为0.2 s , 汽车接收到第二次信号时,汽车距测速仪:s 2=v 声t 2=340 m/s×0.2 s=68 m ; 汽车两次接收到信号时位置相距(即汽车行驶的距离):s ′=s 1−s 2=85 m−68 m=17 m ; (3)汽车行驶这17 m 共用的时间:t ′=△t −t 1+t 2=0.9 s−0.25 s+0.2 s=0.85 s , 所以汽车的车速为:v ′===20 m/s 。
(1)60 Ω (2)10 Ω (3)4.9 W【解析】(1)由电路图知道,当滑片位于最右端时,滑动变阻器的最大阻值R 2与电阻R 1串联,电压表测R 2两端的电压,此时电路中的电流最小;由乙图可知,U 2=6 V ,I 最小=0.1 A ,所以变阻器R 2接入电路的最大阻值:R 2大=U 2/I 最小=6 V/0.1 A=60 Ω;(2)当滑片位于最左端时,电路为R 1的简单电路,此时电路中的电流最大,由乙图可知I 最大=0.7 A , 此时R 1两端的电压U 1=U =7 V ,由I=U/R 可得,R 1的阻值为:R 1=U 1/I 最大=7 V/0.7 A=10 Ω;(3)当滑动变阻器接入电路的电阻为0 Ω时,电流最大,电路消耗的总功率最大,则电路消耗的最大总功率:P 最大=UI 最大=7 V×0.7 A=4.9 W 。
(1)6 Ω (2)4.5 V 9 W【解析】由电路图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电压表测灯泡两端的电压。
(1)灯泡正常发光时的电压为6 V ,功率为6 W ,sts t ''17m0.85s根据P =可得,灯泡的电阻:R L ===6 Ω; (2)当滑动变阻器的滑片P 在中点时,接入电路的电阻R =10 Ω,由串联电路中总电阻等于各分电阻之和可知:总阻值:R 总=R L +R =6 Ω+10 Ω=16 Ω,所以电路中的电流:I == =0.75 A , 电压表的示数:U L =IR L =0.75 A×6 Ω=4.5 V , 电路消耗的总功率:P=UI =12 V×0.75 A=9 W 。
(1)5.04×105 J (2)509 s (3)44 W 【解析】(1)水吸热Q =cm Δt =4.2×103 J/(kg·℃)×1.5 kg×(100 ℃–20 ℃)=5.04×105 J ; (2)因加热效率为90%,故电流做功W =Q /η=5.04×105 J/90%=5.6×105 J ; W =Pt ,的t =W /P =5.6×105 J/1 100 W=509 s ; 加热时功率P 加=1 100 W ,电压U =220 V , 可得加热电阻R 1=U 2/P =(220 V )2/1 100 W=44 Ω;当饮水机处于保温状态时,两电阻串联R 总=R 1+R 2=176 Ω+44 Ω=220 Ω; 此时电流I 保=U /R 总=220 V/220 Ω=1 A ;则加热电阻功率P ’=I 保2R 1=(1 A )2×44 Ω=44 W 。
(1)3×107 J (2)3.5×105 W (3)36 750 J 【解析】(1)根据题意知道,每分钟下落水的重力是: G=mg=ρVg =1×103 kg/m 3 ×60 m 3×10 N/kg=6×105 N , 故每分钟重力做的功是:W=Gh =6×105 N×50 m=3×107 J ; (2)每分钟得到的电能是:W 有=Wη=3×107 J×70%=2.1×107 J , 水电站的发电功率是:P =W 有/t =2.1×107 J/60 s =3.5×105 W ; (3)输电电流是:I =P/U =3.5×105 W/10 000 V =35 A , 输电线每分钟产生的热量是:Q =I 2Rt =(35 A )2×0.5 Ω×60 s=36 750 J 。
2U R 2U P 额额()26V 6W U R 总12V16Ω。