初二物理竞赛班春季第3讲复习版讲义(真题集训--应用电路)

|初二·物理·竞赛班·教师版|第3讲-1-第三讲真题集训－应用电路【例1】（6届复赛）小芳家里有一只用来烧开水的电热水壶，水壶铭牌上标着“220V1000W”字样．请你帮她设计一种方法，用来测量这只水壶烧水时的效率．写出所用器材．测量步骤、导出计算公式．【解析】器材：温度计（量程0℃～100℃），量杯，钟表，交流电压表（量程250伏）．步骤：（1）用量杯向壶中注水，量杯容积乘注水次数，得到水的体积V．（2）测水的初温t1．（3）接通电源，开始计时．（4）测得烧水时电源的实际电压U＇．（5）水刚沸腾时计时结束，测得加热时间t，然后测得水的沸腾温度t2．计算公式：2212()'cVttUtPU式中η——所求效率，c——水的比热容，ρ——水的密度，U——电热壶的额定电压【例2】（7届初赛）小明家有一个标有“220V、800W”的电炉，在额定电压下用10分钟能烧开一壶水．一天他用这个电炉在相同环境下（空气的温度和压强相同）烧开同样一壶水用了12分钟，请你帮助小明算一算他家当时的电源电压约为多大．你在计算中使用了哪些近似条件？【解析】两种情况下水所获得的热量相等：QQ（1），又22UQtR（2），2UQtR（3），解出：tUUt（4）代入数据，得201VU（5）近似条件：电炉的电阻不随温度改变；热量散失忽略不计．【例3】（8届初赛）甲、乙两处距离为Ｌ，其间铺设了由两根导线组成的电话线，每单位长单导线的电阻为r(r的单位为欧/米)，乙处终端接有负载电阻，如果线路中途某处两导线因绝缘层损坏而相联，为了找出相联位置，给你一台电压为Ｕ的直流稳压电源和一个量程合适的电流表，怎样求出损坏处离甲端的距离和损坏处的接触电阻？【解析】1.将甲处断开，乙处将负载电阻解除，并在乙处接上直流稳压，（输电电压为U）,将电流表接在电路中测得电流为I1．设电话线损坏处的接触电阻为R,L’为损坏处离甲处的距离，则有:1[2()]UILLrR①2.乙处断开，在甲处接上直流稳压电流，将电流表接在电路中测得电流为I2则有:2(2)UILrR②真题选讲|初二·物理·竞赛班·教师版|第3讲-2-解联立方程①与②，得：1212()24LIIULrII，1212()2IIURLrII【例4】（11届复赛）课外活动小组的同学设计制作了一个电热孵卵器，他们用两根额定电压和额定功率都相同的电热丝作热源，再连入一个电阻R0，使这台孵卵器即使断了一根电热丝，单丝工作产生热量的效果仍然与双丝工作时产生的热量效果完全相同．若电源两端的电压为U，两丝的额定电压均为UL、额定功率均为PL．(1)画出孵卵器的电路图．(2)R0的阻值是多大?(3)R0在单丝工作与双丝工作状态下消耗功率之比是多少?【解析】(1)见图答4．P单=P双，(2)据题意可知，而R=UL2/PL，(R为电热丝电阻值)，22001122UURRRRRR，202222LLURRP(3)2020022000(2)12(22)12URPRRRRPRRURRR单双＝或001212222RRIRRIRRRR单双，20012PIPI单单双双．【例5】（13届初赛）手机、数码相机等电器中多使用可充电电池，电池上所标的“电压”和“容量”是两个重要参数．容量的单位通常为“毫安时”(符号mAh)．某种可充电电池所标的电压是1.2V，容量是1300mA·h，请估算这种电池可储存的电能，【解析】从容量单位的组成看，它是放电电流与放电时间的乘积．原则上，这种电池应该能够以1300mA的电流放电lh．放电功率P＝UI＝1.21.3W=1.56W，放电1h释放的能量E＝Pt＝1.56W×3600s＝5.6×103J，所以，这种可充电电池可以储存的能量大约是5.6千焦．【例6】（13届复赛）小明家新买了一条标有“220V50W”的电热毯，他想用电流表和电压表测量电热毯的电阻值，于是连接了如图所示的电路．其中R为待测电热毯的电阻，电源两端的电压为6V，滑动变阻器的最大阻值为20Ω．但是，小明在测量过程中发现，无论怎样调整滑动变阻器，电表的示数都几乎没有变化，且查得各元件完好，电路连接|初二·物理·竞赛班·教师版|第3讲-3-无误．请分析产生这一现象的原因．如果仍然使用这些器材，怎样连接电路才能有效地改变电热毯两端的电压?请画出你的电路图．【解析】根据电热毯的额定功率和额定电压可以推算出，它的电阻约为2968URP．滑动变阻器是与它串联的，它们的总电阻是两者之和．但滑动变阻器只有20Ω，远小于电热毯的电阻，滑动变阻器阻值的变化对总电阻的影响很小，所以对电路中的电流和电热毯两端电压的影响很小．按图所示的电路连接，测量时可以有效地改变电热毯两端的电压．【例7】（14届初赛）图为一种摩托车转向灯的电路原理图．其中“RJ开关”为由继电器控制的开关，可以使电路间歇地通断，D为指示灯．当S拨至1位置时，RD1、RD2前后两个右转向灯发光，向外界发出右转信号，同时D灯闪亮，向驾驶员显示转向灯正常工作．左转时道理与右转一样．若四只转向灯都用“6V、10W”的灯泡，D用“6V、1.5W”的灯泡，电源两端电压为6V．试通过计算说明，为什么把S拨至1、2的任何位置时D灯都会发光，而左、右转向灯不同时发光？【解析】因为灯D的规格是“6V、1.5W”，所以灯D的电阻为RD=U2/PD=24转向灯的规格都是“6V、10W”，所以转向灯的电阻均为R＝U2/P左（或右）两只转向灯和灯D总电阻：R总=RD＋R/2＝25.8当摩托车向右（或左）转时，开关S接至位置1（或位置2），此时右转（或左）向灯RD1、RD2两端的电压为6V，正常发光．而通过灯D的电流：ID=U/R总=0.23A所以灯D上获得的功率：PD’=I2RD=1.3W由于PD’与灯D的额定功率（1.5W）差不多，所以此时灯D也能发光．与此同时，通过左（或右）转向灯中每只灯泡上的电流：I＝ID/2=0.12A所以每个左（或右）转向灯的实际功率为：P实=I2R＝0.052W由于左（或右）转向灯的P实远小于其额定功率10W，所以左（或右）转向灯不能发光．【例8】（15届初赛）有一种测量人的体重和身高的电子秤，其测体重部分的原理图如图11中的虚线框所示,它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO，压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生，变化的可变电阻),显示体重大小的仪表A(实质是电流表)，其中AO：BO=5：l，压力传感器R表面能承受的最大压强为2×106Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．压力F/N050100150200250300电阻R/Ω300270240210180150120设踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计，接通电源后．压力传感器两端的电压恒为4.68V，取g=10N/kg．请回答：（1）该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘多少毫安处?（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数|初二·物理·竞赛班·教师版|第3讲-4-为20mA，这个人的体重是多少?（3）若压杆与压力传感器之间的接触面积是2cm2，则该秤的最大称量值是多少?【解析】（1）依题知,电子秤空载时,压力传感器受到的压力F1=0,由表知,此时压力传感器的电阻为R1=300Ω,电路中的电流为I1=U/R1=4.68V/300Ω=0.0156A=15.6mA．所以,该秤的零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA处．（2）当电流表刻度盘的读数为I2=20mA时,压力传感器的电阻为R2=U/I2=234Ω．由表中的数据可以看出,压力随电阻的变化是线性的．设此时的压力为F2,列比例式解得F2=110N．设该人体重为G,压杆受到传感器向上的支持力,其大小为F2．由杠杆的平衡条件有F2·AO=G·BO,解得BO=550N．（3）传感器能承受的最大压力Fmax=pS=400N．设踏板上能最大重力为Gmax,Fmax·AO=Gmax·BO,得Gmax=Fmax·AO/BO=2000N．【例9】（16届初赛）空调的“匹数”，是对空调输入功率的粗略标识．因相同匹数不同品牌空调的制冷效能有较大的差异，为便于比较，空调的效能常以“制冷量”来表示．在选择空调时，除了制冷量和制热量（对冷热空调而言）外，还要考虑“能效比”．空调的能效比＝WW制冷量（）输入功率（），它表示空调器是否高效节电．目前市场上空调器的能效比相差很大，一般在2～3之间，最高的可达到3.5左右，应尽量挑选能效比高的空调．房间所需的制冷量和制热量可按下面的公式计算：制冷量Q冷=S(房间面积)×140W一180W；制热量Q热=S（房间面积）×180W－240W（此公式适用于层高2.5m的房间，如果层高偏大，则应适当加大功率）．下表是小明家准备购买的某一型号空调的使用说明书的一部分．额定制冷量/W5000室内机组噪声dB(A)45额定制热量/W5300室外机组噪声dB(A)57电源220V50HZ室内机外形尺寸（长×宽×高）/mm1951014320工作电压/V220室外机外形尺寸（长×宽×高）/mm253800646额定制冷输入电流/A8.6额定制冷输入功率/W1850热泵额定制热输入电流/A8.7热泵额定制热输入功率/W1880请结合上面所介绍的知识和空调使用说明书，通过计算回答下面的问题：（1）这台空调的能效比是多少．（2）小明家新购买楼房客厅的面积约为30m2，层高为2.7m，他想在客厅内安装上表所示的空调．请你通过计算说明这种选择是否合理．（3）若小明家用此空调器制冷，空调器的压缩机每天实际工作6h，一个月仅空调一项所支付的电费约为多少？（当地的电价为0.5元/度）【解析】（1）这台空调的能效比为5000W2.71850W制冷量能效比输入功率（2）所需的制冷量为：Q冷＝S×140W－180W=30×140W－180W=4020W|初二·物理·竞赛班·教师版|第3讲-5-所需的制热量为：Q热＝S×180W－240W=30×180W－240W=5160W查表得：空调的额定制冷量为5000W，额定制热量为5300W，都略大于房间所需要的制冷量和制热量．考虑到楼房高度2.7m2.5m，应适当加大功率，故这种选择是合理的．（3）空调一个月内消耗的电能为W=Pt=(8.6×220×)W×6h×30=340.6kW·h，应支付的电费为340.6kW·h×0.5元/kW·h=170.3元【例10】(16届复赛)育才中学科技小组设计了一个可以测量电阻值的多量程欧姆表，图3中所示为其中两个量程的测试电路，G为灵敏电流表，其内阻R0=100Ω、电流灵敏度(即指针在满刻度时流过灵敏电流表的电流)U=100μA，R为可调电阻，阻值变化范围为0～5kΩ，Rl和R2为定值电阻，R1=15Ω，R2=11kΩ，E为1.5V干电池，S为量程选择开关．测量时把待测电阻两端分别与A、B两端相接．为了能从灵敏电流表上直接读出待测电阻的阻值，需在表盘上重新标注示数．请回答：（1）在指针满偏处，盘面应标注的示数是多少?（2）当A、B间断开时，指针所指的位置处，盘面应标注的示数是多少?（3）开关分别置于1和2位置时，在表盘正中间位置处应标注的示数各是多少?请简要说明理由．（4）该欧姆表表盘上的刻度是否均匀?请从电路原理上说明理由．【解析】（1）A、B两端直接连接在一起时(RAB=0),调节滑动电阻器使灵敏电流表指针满偏,则指针所指处盘面上应标注的示数为0．（2）当A、B断开时,电阻应为无穷大,这是指针所指位置的示数应标∞．（3）开关置于2时,且将A、B短接时表针满偏,则R+R1+R2=15kΩ,若在A、B间接一电阻Rx,且刚好使表针指在表盘中间位置,这时电路中的电流为满偏时的一半,电路中的总电阻为满偏时的2倍,即Rx=R+R1+R2=15kΩ,所以该挡位表盘中间示数应为15kΩ．开关置于1时,且将A、B短接时