专题15 力电多模块综合（原卷版）

专题15 力电多模块综合 模型构建｜真题试炼｜模拟演练｜题组通关 高频模型 中考题型分布 分值占比 模型01 电动机类力电综合（高频考点） 计算题 4~9 分 模型02 压敏电阻类力电综合（高频考点） 计算题 4~9 分 模型03 滑动变阻器类力电综合（高频考点） 计算题 4~9 分 模｜型｜构｜建 『模型解读』力电相关公式 力学公式 功 ；功率 ；速度 ；重力 ；压强 ；功率的推导公式 电学公式 电功率 ；电功 能量转化公式 效率 中考·模型解读 识 善 模型01 电动机类力电综合 （北京）股份有限公司 【例1】（2023·江苏淮安·中考真题）人工智能让我们的生活更加便捷，某酒店迎宾机器人将客人从酒店门 口带至前台。这一过程中机器人做匀速直线运动，通过的路程为20m，所受阻力为自身重力的005 倍，机 器人相关参数如下表所示， 取 。 整机质量：36kg 行进速度：1m/s 工作电压：24V 工作电流：1 轮子与地面接触总面积： （1）求机器人对地面的压强； （2）求牵引力所做的功； （3）求机器人全程运动的时间及消耗的电能； （4）求电能转化为机械能的效率。 【变式1-1】（2024·河南商丘·一模）如图为某款遥控玩具汽车，其基本参数如下列表格所示，它依靠锂电 真题·思维剖析 解 变式演练 （北京）股份有限公司 池带动电动机转动获得动力，车轮与地面的总接触面积为 ，g 取 。 产品名称 ××遥控玩具汽车 产品尺寸/ 最大速度/（m/s-1） 05 机身电池 充电时长/ 30 产品质量/ 088 （1）遥控车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？ （2）充满电后，电池储存的电能是多少？ （3）若该遥控汽车在水平地面上行驶时所受阻力为其重力的02 倍，以最大速度可行驶 ，它的效率 是多少？（保留一位小数） 【变式1-2】（2024·黑龙江哈尔滨·一模）电动汽车是绿色环保型交通工具，它的特征是效率高、噪声小、 无废气排放、无油污，如图所示为淮安市某景区电动观光车，该车技术参数如表所示。 （1）观光车静止在水平地面上，空载时对地面的压强是多大？（g 取10/kg） （2）观光车的电动机以额定功率工作05，消耗多少电能？ （3）在题（2）条件下，观光车受到的牵引力为320，运动路程为18km，在该过程中牵引力做多少功？电 能转化为机械能的效率是多少？ （北京）股份有限公司 空载质量 1080kg 空载时轮胎与水平地面的总接触面积 1000m2 电动机的额定功率 4k 【变式1-3】（2024·陕西西安·一模）在2024 年1 月17 日，在《陕西省交通运输工作会议》上，透露了今 年陕西交通建设主要动态。在本次会议，明确今年是陕西交通运输行业 高质量项目推进年 ，交通综合 “ ” 投资为700 亿：充分发挥全省高铁建设协调推进机制作用，合力推进西延、西康、西十、康渝和延榆等五 条高铁建设。 （1）若一列长200m 的动车组以50m/s 的速度匀速通过一座长1000m 的高架桥。该列动车组通过高架桥所 用的时间为多少？ （2）若动车组以60m/s 的速度匀速运动时电动机的总输出功率为4800k，则此时动车组受到的阻力为多大？ （3）某地利用风力发电为动车提供电力，每秒每平方米面积吹过的风的能量约200，若风机有效迎风面积 约为500m2，风机把风能转换为电能的效率为25%。请估算一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率 为4800k 的动车组以60m/s 的速度运动多远距离？（忽略其它能量损耗） （北京）股份有限公司 『模型解读』 压敏电阻模型：压敏电阻的阻值受压力的影响，所以能把力学知识和电学知识结合起来。 ①首先要进行受力分析。明确力学部分的运动状况与受力情况。 ②然后进行电路分析，明确电路连接状态，各电表测量对象以及压敏电阻的阻值变化后，电路会发 生什么定性变化。 ③分析力与电如何结合。如本题中压敏电阻受到的压力越大，电阻越小。 ④从问题入手求解，根据电学知识与力学知识进行求解。 『核心提示』 【例2】（2023·山东潍坊·中考真题）在物理项目化学习活动中，某科技小组的同学设计了如图甲所示的船 只升降实验模型。模型中的船厢和所盛水的总重为5，圆柱形浮筒B 底面积为 ，重为18。电路中电 源电压恒定， 为定值电阻，压敏电阻 （表面绝缘，厚度不计）固定于容器底部，上表面积为 ， 阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀，向中注入适量水后关闭进水阀，装置静止时， 模型02 压敏电阻类力电综合 真题·思维剖析 解 （北京）股份有限公司 测得中水深为20m，B 浸入水中的深度为7m（未浸没），闭合开关S，此时电流表示数 ；再次 打开进水阀，向中缓慢注入一定质量的水，浮筒B 上升，使下降30m，稳定后电流表示数 。若 不计绳重和摩擦，水的密度 ，g 取10/kg，求： （1）B 浸入水中的深度为7m 时所受的浮力； （2）动滑轮的重力； （3）中水深为20m 时 阻值； （4）电路中电源电压值。 【变式2-1】（2024·福建漳州·一模）如图甲为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，电路电源 变式演练 （北京）股份有限公司 电压为24V， 为定值电阻，油量指示表由电压表改装，电压表的量程为0~15V， 为力敏电阻（厚度不 计），表面受力面积为 ， 阻值与所受压力F 的关系如图乙所示。油箱加满汽油时深度为 03m，油量指示表的示数在最大值处。（ ， ）。当油箱装满汽油时， 求： （1） 表面受到的液体压强； （2） 表面受到的液体压力； （3）当油箱内汽油用完时，电压表的示数； （4）该车某次耗油10kg，工作效率为30%时，汽车做有用功。 【变式2-2】（2024·安徽亳州·二模）为了动态监测学生的体重情况，科技创新小组设计了一台由电流表改 装而成的简易体重计，其电路如图甲所示。已知电源电压恒为6V，定值电阻R0=5Ω，R 为压敏电阻，其阻 （北京）股份有限公司 值与所受到的压力关系如图乙所示，电流表量程为0~06，踏板重力不计，求： （1）闭合开关，当体重计空载时，电路中的电流； （2）电流表上03 刻度处应该标多大的体重值； （3）小组成员认为，也可以用电压表改装成体重计，现要求随着体重的增加，电压表示数增大，试分析 电压表应该并联在什么位置？若电压表量程为0~3V，求电压表改装的体重计能够称量的最大体重是多少。 【变式2-3】（2024·广西钦州·一模）如图甲是某物理兴趣小组设计的身高、体重测量仪的原理图，电源电 压相等且恒为6V， 为定值电阻，脚踏板下方为压敏电阻 ，其阻值随所受压力大小的变化如图乙所示： 竖直固定的光滑电阻棒 长为40m，阻值为40Ω，其接入电路的阻值与对应棒长成正比。滑片 可以根 据身高的变化在电阻棒上竖直上下移动，定值电阻 ，滑片的初始位置在 最下方 处，此时标 记的身高 。求： （1）体重为400 的小丽站在脚踏板上时，电压表的示数为2V，则定值电阻 的阻值； （2）某次测量时，电流表的示数为015，则该同学的身高； （3）若小华站在脚踏板上，5s 内完成了测量体重的过程，这段时间内体重测量仪消耗的电能是036，则小 华的体重为多少？ （北京）股份有限公司 『模型解读』滑动变阻器类力电综合模型分析 1 筛选题干信息，简化电路模型。 2 分析力电如何结合。 3 将题干条件理清后，从问题入手进行求解。 【例3】（2023·湖北省直辖县级单位·中考真题）如图，小明设计的 电子浮力秤 由浮力秤和电路两部分 “ ” 构成。浮力秤中托盘与圆柱形塑料浮筒M 通过硬质绝缘细杆固定连接，整体漂浮在装有足够深水的柱形薄 壁容器中，且只能竖直移动。托盘的质量40g；M 高20m，底面积为100m2，质量为160g；容器的底面积 为300 m2。电路中R 是滑动变阻器的电阻片（阻值均匀），长8m，最大阻值16Ω；电源电压恒为45V；电 压表量程为0~3V。托盘通过滑杆带动滑片P 上下移动。托盘中不放物体时，调节水量，使滑片P 正好位于 模型03 滑动变阻器类力电综合 真题·思维剖析 解 （北京）股份有限公司 R 最上端，闭合开关S，电压表示数为09V（不计滑片、滑杆、细杆的质量，忽略摩擦阻力。工作中水不溢 出）。求 （1）浮筒M 的密度； （2）R0的阻值： （3）托盘中不放物体时，M 浸入水中的深度； （4）该 电子浮力秤 的称量。 “ ” 【变式3-1】（2024·山东济宁·一模）图甲是一款数字测力计，其简化电路如图乙所示。电源电压恒为 3V，R2是长为10m、阻值为20Ω、粗细均匀的电阻丝（它的阻值与长度成正比），拉力为0 时，滑片在端， 电流表示数为01。金属弹簧伸长量与挂钩所受拉力大小的关系如表所示（不计弹簧的电阻及摩擦）。求： 拉力 0 15 3 45 6 75 9 105 12 135 15 伸长量 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （1）拉力为0 时，电路的功率； （2）R1的阻值； 变式演练 （北京）股份有限公司 （3）电流表示数为015 时的拉力。 【变式3-2】（2024·天津·一模）如图是某物理兴趣小组，设计的简易坐位体前屈测试仪的测试示意图、简 化原理图。在测试中，测试的同学向前推动测试仪的滑块实际上是移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数 用来反映被测试者的成绩。电源电压恒为6V，电压表量程0~3V，电流表量程0~06，滑动变阻器 标有 “15 1”，滑片P 每移动1m， 的电阻变化05 ，定值电阻 。求： （1）当滑片P 位于最左端时，电流表的示数； （2）某同学测试时，从最左端推动滑片P 向右移动20m，此时电压表的示数。 【变式3-3】（2023·内蒙古兴安盟·中考真题） 坐位体前屈 是学生体质健康测试项目之一。图甲是某女 “ ” 生测试示意图。图乙是学习小组设计的测试仪电路原理图，电源电压恒为 ，电压表量程为 ， （北京）股份有限公司 定值电阻 ，滑动变阻器 由长为 、粗细均匀的电阻棒改装而成，规格为 ，允许通过 的最大电流为 。为保护电路安全，滑片P 的起始位置点设定在离电阻棒最左端点 处。测试时， 通过推动塑料挡板带动滑片P 从起始位置向右移动，并通过电压表的示数反映学生的测试结果。下表是初 三女生测试等级与滑片P 移动距离L 的关系。 初三女生测试等级标准 不合格 合格 良好 优秀 滑片移动距离 （1）滑片P 在起始位置点时，闭合开关S，通过 的电流为 ，请计算此时 两端电压大小； （2）请推导出电压表示数 与滑片移动距离L 之间的关系式；为保护电路安全，说明滑片移动的范围； （3）该测试仪不能测出表中所有的等级，在保证电路各元件安全的情况下，通过替换 来实现最大程度 增加测试范围，请计算替换电阻 的最小值。 好题·题组通关 练 （北京）股份有限公司 1．（2022·山东滨州·中考真题）如图是某物理兴趣小组，设计的简易坐位体前屈测试仪的测试示意图、 简化原理图。在测试中，测试的同学向前推动测试仪的滑块实际上是移动滑动变阻器的滑片，电压表的示 数用来反映被测试者的成绩。电源电压恒为6V，电压表量程0~3V，电流表量程0~06，滑动变阻器 标有 “15 1”，滑片P 每移动1m， 的电阻变化05 ，定值电阻 。求： （1）当滑片P 位于最左端时，电流表的示数； （2）某同学测试时，从最左端推动滑片P 向右移动20m，此时电压表的示数； （3）若既能保证电路各元件的安全，又能使滑片P 移动到最右端，则选取R2时，其阻值不能小于多少？ 2．（2023·山东枣庄·中考真题）体重超标已影响了部分中学生的身心健康，为了动态监测学生的体重 情况，班级科技创新小组设计了一台由电流表改装而成的简易体重计，其电路如图甲所示。已知电源电压 恒定，定值电阻R0=5Ω，R 为压敏电阻，其阻值与所受到的压力关系如图乙所示，电流表量程为0~06，踏 板重力不计，求： （1）闭合开关S，当体重计空载时，电路中的电流为012，电源电压为多少； （2）当体重计示数为600 时，R0消耗的电功率为多少； （3）此体重计所能测量的最大体重为多少。 （北京）股份有限公司 3．（2023·广西·中考真题）实践基地芒果获丰收，为筛选优质大果，设计自动筛选装置如图甲，检测 装置电路图如图乙，电源电压恒为12V，电阻 为20Ω，R 为压敏电阻，其阻值随压力变化关系如图丙。 当电路电流小于015 时，不达标的芒果将被推离传送带，达标芒果继续被传送到指定位置，实现自动筛选。 求： （1）若R 与 阻值相等，R 消耗的电功率； （2）此装置能筛选出重力至少为多大的芒果； （3）若想筛选出重力至少为2 的芒果，有同学建议：仅适当增加 的阻值即可。你认为他的建议可行吗？ 请通过计算做出判断。 （北京）股份有限公司 4．（2023·广东深圳·中考真题）R 是一个随推力F 变化而变化的电阻，F 与R 的关系如图甲所示。现 有如图乙，丙的两个电路， 为定值电阻，阻值为20Ω，电源电压恒为6V，电流表量程为0~06。 （1）当小白同学推力为0 时，求电阻R 的阻值； （2）用300 的力推电阻，求 的电功率（图乙）； （3）图丙中，当干路电流不超过电流表量程时，小白同学推力F 的最大值。 （北京）股份有限公司 5．（2023·山东济南·中考真题）传感器（trsduer）是一种能感受被测量信息并按照一定规律转换成可 用信号的器件或装置。图甲是一种常用压力传感器的原理电路图，电源电压恒定，R1为电阻器，压力感应 板和滑动变阻器R2的滑片P 固定在一起，压力感应板、B 之间由绝缘弹簧相连，其间有可伸缩的导线。闭 合开关S，不对压力感应板施加力时，滑动变阻器R2的滑片P 恰在其最上端，电流表、电压表的示数如图 乙所示；当在压力感应板上施加一个5 的压力F 时，电流表的示数变为03。通过计算回答： （1）电阻器R1的电阻值是多少？ （2）此时电压表的示数是多少？ （3）此时滑动变阻器R2消耗的电功率是多少？ 6．（2022·湖北恩施·中考真题）如图所示是一款爬绳机器人，它能沿绳子负载爬升，其主要技术参数 如下表所示，电池的充电电压和工作电压一致。求：（g 取10/kg，电池容量20 相当于在额定电压下，用1 的放电电流工作可连续供电20） 技术参数 载重 120kg 配绳 20m （北京）股份有限公司 爬绳速度 12m/m 自重 10kg 额定电压 36V 电池容量 20 电池 动力锂电池 （1）动力锂电池可提供的总电能； （2）机器人满载匀速爬升的功率； （3）上述爬升12m 的过程中，机器人消耗电能的80%用于爬升做功，则实际工作的电流多大？（结果保 留到整数位） 7．（2022·湖南娄底·中考真题）如图所示为大疆航拍无人机，由于体积小，操控安全方便，拍摄效果 好，深受摄影爱好者喜欢，下表是它的部分技术参数。 总质量（含电池及桨） 900g 四脚着地总面积 5m2 最大上升速度 8m/s 电池容量 5000m 最大水平飞行速度 21m/s 正常工作电压 15V 最大上升高度 8000 飞行时间 约46m （北京）股份有限公司 m （1）该无人机重为多少牛顿； （2）无人机四脚着地平放在地面上时，对地面的压强为多少； （3）无人机以最大水平飞行速度匀速飞行420 米所用时间是多少； （4）电池充满后储存的电能是多少焦耳； （5）某次航拍过程中，无人机以8m/s 的速度匀速竖直上升，正常工作时它将电能转化为机械能的效率为 80%，则该过程中无人机电池工作电流多大。（不计空气阻力） 8．（2022·辽宁鞍山·中考真题）学校科技小组的同学们在老师的指导下设计了一台简易饮水机，其简 化的电路图如图甲所示。它有 加热 和 保温 两档，其中 “ ” “ ” R1为发热电阻，R2为定值电阻。如表是该饮 水机的相关技术参数。图乙是实验室电能表的示意图。已知饮水机在保温档和加热档工作时，发热电阻R1 的电功率之比为1 121 ∶ 。[已知水=42×103/(kg· ) ℃，ρ 水=10×103kg/m3，不考虑温度对电阻的影响]求： （1）储水罐注满水时，水温升高50℃，需要吸收多少热量？ （2）电阻R1和R2的阻值是多少？ （3）在测试时将其他用电器都关闭，只将饮水机置于加热档工作，发现电能表的转盘在3m 内转了50 转， 则此时实验室电路的实际电压是多少？ 额定电压 220V 加热档额定功率 605 额定频率 50z 储水罐容积 08L （北京）股份有限公司 9．（2023·山东德州·中考真题）今年一季度，我国汽车出口量全球第一，电动汽车贡献非常大。如图 所示为某型号电动汽车运动的 图像，它在第10 秒时速度达到 ，然后以 的速度做匀速直线 运动。已知该车质量为 ，以 的速度运动时所受阻力为该车重力的01 倍， ，不计机械 摩擦。 （1）已知物体运动的 图像与时间轴围成的面积大小等于路程的大小。则在 内，该车通过的路 程与 的关系为？ （2）该汽车以 的速度匀速直线行驶了 ，该过程中加在电动机上的电压为 ，通过的电流为 ，求电动机的效率为多少？ （3）求该车电动机的线圈电阻是多少？ （北京）股份有限公司 10．（2022·广西桂林·中考真题）用电能驱动的电动汽车，方便了广大市民的绿色出行。某新型纯电 动汽车说明书中有如下表格（ 取 ） 装备质量 电池总电能 电池输出电 压 续航里程 注意：电池电能剩余 时必须立即充电 请根据表格中的参数解答以下几个问题。计算过程中：车上仅有司机1 人，车与人总质量以 计；实 际可利用的电能以电池总电能的 计；忽略动力以外的电能消耗。 （1）当汽车以 的速度匀速行驶时，阻力刚好是车与人总重的002 倍，那么此时的阻力是多少 ？ （2）请通过计算判断，电池可利用的电能是否能让汽车以 的速度匀速完成续航里程？ （3）如果汽车匀速行驶时的阻力始终与速度的平方成正比，那么汽车以刚好能匀速完成续航里程的速度 行驶时，电池的输出电流是多少 ？ 11．（2022·内蒙古兴安盟·中考真题）某物理研究小组设计了-个压力报警装置，工作原理如图甲所示， B 为水平杠杆，长100m，为支点，B = 1 5 ∶ ∶，已知报警器R0的阻值恒为10Ω，压力传感器R 固定放置，压 （北京）股份有限公司 力传感器受到的压力F 与R 的阻值变化关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关S，电压表示数为1V； 当托盘所受压力增大，电压表示数达到2V 时，报警器R0开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量忽 略不计，电压表的量程为0 ~3V。求： （1）电源电压； （2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力； （3）当托盘受到的压力为80 时，报警器是否报警； （4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为5 6 ∶时，托盘受到的压力。 12．（2023·福建·中考真题）实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，示意 图如图甲，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装