2024长沙中考物理二轮复习 专题三 压轴题——冲刺满分之力电综合 (含答案)

2024长沙中考物理二轮复习专题三压轴题——冲刺满分之力电综合
类型1简单机械＋电路图类
1.一位设计师设计了一种“重力灯”．无论你在地球哪一个角落，无论当地的天气如何，它都可以实现照明．如图甲是这种“重力灯”的结构简化图，当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光．重复以上操作，可以实现长时间照明．现挂上一个质量为25kg 的重物，该重物恰好可以缓慢匀速下落．在重物下落高度为
2.4m的过程中，就可以供一个标有“
3.6V1W”字样的LED灯持续正常发光4min.(g取10N/kg)
甲乙
第1题图
(1)甲图虚线框内一定有________，它的工作原理是________．
(2)求重物下落时，重力做功的功率．
(3)求重物在一次下落过程中，甲图装置能量转化的效率．
(4)取下灯泡，将甲图装置的两个输出端接入乙图中的a、b两个接线柱进行实验(设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出3.6V电压)．R0为标有“5Ω0.3A”的定值电阻，滑动变阻器R1标有“50Ω1A”，电流表选择量程为0～0.6A，电压表选择量程为0～3V．为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围．
2.小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示．OAB为水平杠杆，OB长1m，O为支点，OA∶AB＝1∶4，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示．已知定值电阻R0的阻值为10Ω，压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示．平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计．
第2题图
(1)当电池组电压U0＝12V，平板上物体所受重力分别是80N和100N时，闭合开关S，分别求出电流表的读数．
(2)电池组用久后电压变小为U1，这时平板上物体重100N时，电流表读数为0.3A，求U1的大小．
(3)在第(2)问情况中，电池组电压大小为U1，要求平板上重为100N的物体对应的电流表读数和电池组电压U0＝12V的情况下相同，小明采取了两种解决办法：
①其他条件不变，只更换电阻R0，试求出更换后的R0′的大小．
②其他条件不变，只水平调节杠杆上触点A的位置，试判断并计算触点A应向哪个方向移动？移动多少厘米？
类型2压强、浮力＋电路图类
3.暑假期间某同学和父母去海滩游玩，看到浩瀚的大海，突然有个疑问：海水有多深呢？回学校后结合已学物理知识，设计了一个测量海水深度的电路如图甲所示，其中R1＝2Ω是一个定值电阻，R2是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图乙所示，电源电压保持6V不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为0.02m2的面承受海水压力．(设海水的密度ρ
海水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg)
第3题图
(1)当电流表示数为0.2A时，求压敏电阻R2的阻值；
(2)如图乙所示，当压敏电阻R2的阻值为20Ω时，求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强；
(3)若电流的最大测量值为0.6A，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？
类型3电磁继电器类
4.课间休息时，小华发现，学校的楼道灯光是持续正常工作的，他认为这样会浪费资源，于是小华为学校设计了一个楼道照明系统自动控制装置如图甲所示，已知控制电路电压U
恒为6V，电磁继电器线圈电阻R1为20Ω，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小．工作电路中，路灯L上标有“220V22W”字样．图甲中AC可绕O点转动，OA长为0.5cm，OB长为1cm，AC部分的重力、触点间的压力以及各处的摩擦力均忽略不计．
第4题图
(1)为了实现光照减弱时，受控电路接通，灯L发光，图中导线M应接________(选填“触点1”或“触点2”)．
(2)灯L正常工作时，通过它的电流是多少？
(3)电磁铁对衔铁的吸引力F等效集中作用在B点，吸引力F与控制电路中电流I的关系如图乙所示，当衔铁刚好被吸下时，弹簧对A点的拉力为2.4N，此时光敏电阻R2的阻值为多少．
5.小明在果园劳动时看到一个蓄水池，他想帮果农设计一个水池水位自动控制的装置，设计的模拟装置电路如图甲：可绕O点转动的轻质杠杆A端用轻绳系一正方体浮块，B端固定一轻质三角支架，支架与固定不动的压力敏感电阻R F保持水平接触挤压，杠杆保持水平平衡．已知：AO长为1m，BO长为2m；浮块边长为20cm，密度为5×103kg/m3，下表面距池底2m；当电磁铁线圈中的电流I≤0.02A时，衔铁K被释放，水泵开始工作向水池注水，反之停止注水，池内达到所设定的最高水位，线圈电阻不计；电压U＝6V，电阻箱R 调至75Ω；设R F的阻值与支架所施加压力F的关系图线如图乙所示．g取10N/kg.
甲乙
第5题图
(1)浮块的重力为________N．在达到最高水位之前，随着浮块排开水的体积逐渐增大，支架对R F的压力将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)当池内达到所设定的最高水位时，求：
①轻绳对浮块的拉力．
②池内水面距池底的高度．
(3)为使该装置能自动控制水池内的最高水位，在其他条件不变的情况下，电阻箱R接入电路的阻值满足的条件．
参考答案
1.解：(1)发电机电磁感应(2)重物的重力G ＝mg ＝25kg ×10N/kg ＝250N
重力做的功W ＝Gh ＝250N ×2.4m ＝600J
重力做功的功率P ＝W t ＝600J 4×60s ＝2.5W (3)小灯泡正常发光4min 消耗的电能
W 电＝Pt ＝1W ×4×60s ＝240J
所以重物在一次下落过程中，甲图装置能量转化的效率η＝
W 电W
×100%＝240J 600J ×100%＝40%
(4)电路中最大电流为0.3A ，根据欧姆定律得
I ＝U R 总＝3.6V 5Ω＋R 1
＝0.3A 解得：R 1＝7Ω，即R 1最小阻值为7Ω
电压表最大示数为3V ，则3.6V 5Ω＋R 1×R 1＝3V 解得：R 1＝25Ω，即R 1最大阻值为25Ω
所以，为了保证电路安全，R 1接入电路的阻值变化范围为7～25Ω
2.解：(1)由杠杆平衡条件可知，当F A 1＝80N 、F A 2＝100N 时，有F A 1·OA ＝F B 1·OB ，F A 2·OA ＝F B 2·OB
由题意：OA ∶OB ＝1∶5，解得：F B 1＝16N 、F B 2＝20N ；由R 的阻值随所受压力F 变化关系图像得，R 1＝30Ω、R 2＝20Ω
由欧姆定律得，电路中的电流：I 1＝
U 0R 总1＝U 0R 1＋R 0＝12V 30Ω＋10Ω＝0.3A I 2＝U 0R 总2＝U 0R 2＋R 0＝12V 20Ω＋10Ω
＝0.4A (2)电池组用久后电压变小为U 1，这时平板上物体重100N 时，电流表读数为0.3A ，则电池组两端U 1＝IR 总2＝I 0(R 2＋R 0)＝0.3A ×(20Ω＋10Ω)＝9V
(3)①其他条件不变，只更换电阻R 0为R 0′，由题意可知，U 1＝I 2R 总2′＝I 2(R 2＋R 0′)解得R 0′＝2.5Ω
②其他条件不变，只将触点A 向左调L m ，压力传感器阻值为R 3，U 1＝I 2R 总3＝I 2(R 3＋R 0)解得R 3＝12.5Ω
由图像可知，F B 3＝23N ，由杠杆平衡条件F B 3·OB ＝F A 2·(OA ＋L m)，解得L ＝0.03即触点向左移动的距离为0.03m ＝3cm
3.解：(1)由I ＝U R 可得，当电流表示数为0.2A 时电路的总电阻：R 总＝U I ＝6V 0.2A
＝30Ω因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以压敏电阻R 2的阻值：
R 2＝R 总－R 1＝30Ω－2Ω＝28Ω
(2)当压敏电阻R 2的阻值为20Ω时，由图乙可知，压敏电阻受到的压力为F ＝4×104N ，此
时压敏电阻R 2所在深度处的海水压强：p ＝F S ＝4×104N 0.02m
2＝2×106Pa (3)当电流表的示数I ′＝0.6A 时，使用此方法能测出海水的深度最大，此时电路的总电阻：
R 总′＝U I ′＝6V 0.6A
＝10Ω此时压敏电阻的阻值：
R 2′＝R 总′－R 1＝10Ω－2Ω＝8Ω
由图乙可知，压敏电阻受到的压力F ′＝10×104N
此时压敏电阻R 2所在深度处的海水压强：
p ′＝F ′S ＝10×104N 0.02m
2＝5×106Pa 由p ＝ρgh 可得，使用此方法能测出海水的最大深度：
h ＝p ′ρ海水g ＝5×106Pa 1.0×103kg/m 3×10N/kg
＝500m 4.(1)触点1
解：(2)路灯L 上标有“220V
22W ”字样，根据P ＝UI 得，灯L 正常工作的电流：I ＝P U ＝22W 220V
＝0.1A (3)根据杠杆的平衡条件得，F A ×OA ＝F B ×OB ，即
2．4N ×0.5cm ＝F B ×1cm
解得F B ＝1.2N
由图乙知，吸引力F 与控制电路中电流I 成正比，即1N 20mA ＝1.2N I ′
故当引力为1.2N 时，对应的电流大小为I ′＝24mA ＝0.024A
电源电压是6V ，则串联电路的总电阻R ＝U I ′＝6V 0.024A
＝250Ω定值电阻R 1＝20Ω，因为R 1和R 2串联，所以光敏电阻R 2＝R －R 1＝250Ω－20Ω＝230Ω
5.(1)400减小(2)①350②2.125(3)50Ω≤R ≤90Ω。