中考物理应用计算2

中考物理专题探究,第十二讲应用计算（二）主讲薛钰康单位苏州工业园区星海实验学校,问题一：具体实际的物理问题是复杂、多样的，物理学家是如何进行研究的呢？我们说，物理学家经常通过建构模型来进行解答的。请看专题四,四、物理问题的模型建构,模型建构是物理学研究的基本方法，如光线、杠杆、电路图等都是一种模型。初中物理计算中建构模型的本质是正确分析清题意，将题目反映的物理状态或过程与我们头脑中已有知识体系中相应的物理模型建立对应，从而运用该模型相关的物理规律进行问题的解答。,例1：（07无锡）如图甲是小明设计的一种测定风力的装置，它可以根据电压表的读数反映风力大小，该装置的迎风板与一轻弹簧的一端相接，穿在光滑的金属杆上，弹簧是用绝缘材料制成的，原长为0.5m，受到压力后会缩短，其缩短的长度L与它所受的压力F的关系如图乙所示。迎风板面积为0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好金属杆粗细均匀，有一定的电阻，每10cm长的金属杆其电阻为0.1电路中电阻R1的阻值为1.5，电源电压为9V。,（1）合上开关S，没有风吹时，弹簧处于原长此时电压表的示数是多少？（2）由于风力的作用，迎风板向左压缩弹簧，从而使电压表读数为7.5V，此时作用在迎风板上的风力多大？（3）若风速为20m/s，那么每分钟内有多少千克的空气冲击迎风板？（空气=1.3kg/m3）,正确的解题分析过程：,审题：（注意题上划线部分）,例1：（07无锡）如图甲是小明设计的一种测定风力的装置，它可以根据电压表的读数反映风力大小，该装置的迎风板与一轻弹簧的一端相接，穿在光滑的金属杆上，弹簧是用绝缘材料制成的，原长为0.5m，受到压力后会缩短，其缩短的长度L与它所受的压力F的关系如图乙所示。迎风板面积为0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好金属杆粗细均匀，有一定的电阻，每10cm长的金属杆其电阻为0.1电路中电阻R1的阻值为1.5，电源电压为9V。,（1）合上开关S，没有风吹时，弹簧处于原长此时电压表的示数是多少？（2）由于风力的作用，迎风板向左压缩弹簧，从而使电压表读数为7.5V，此时作用在迎风板上的风力多大？（3）若风速为20m/s，那么每分钟内有多少千克的空气冲击迎风板？（空气=1.3kg/m3）,本题首先是一个弹簧模型和滑动变阻器模型结合的问题，其电路图为：第（1）（2）问弹簧模型的力与压缩量之间的关系用图像表示出来了，是正比例关系；其次金属杆部分实质是滑动变阻器，其长度的变化影响电阻的变化，这样就把风的压力的变化转变成电路中电流的变化，然后通过定值电阻上电压的变化所反映出来，因此该题的实质是一个串联电路的计算问题。第（3）问空气冲击迎风板的本质是一个空气柱体模型，如图以板面为底、一分钟空气流过的距离为高的空气柱的质量即是每分钟撞击迎风板的空气量。,解题过程,思路分析：,例2：（08常州）“512”坟川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内容如表所示现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.510-4m.安置区家用电器的总功率为44kW,当这些家用电器都正常工作时，求：,(1)输电线路中的电流多大？(2)输电线路损失的电功率多大？(3)发电机实际输出电压多大？,(4)该柴油发电机工作过程中，,每小时消耗18kg柴油，柴油完全燃烧产生的内能转化为发电机输出电能,的效率是多少？（柴油热值是3.3107J/kg),学生的错误：,（1）输电线路中的电流：,（2）输电线路损失的电功率：,（3）发电机实际输出电压：,点评：输电问题是学生很不易清楚而出错的，主要是同学们缺乏输电线路模型。,正确的解题分析过程：审题：（注意题上划线部分）,例2：（08常州）“512”坟川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内容如表所示现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.510-4m.安置区家用电器的总功率为44kW,当这些家用电器都正常工作时，求：,(1)输电线路中的电流多大？(2)输电线路损失的电功率多大？(3)发电机实际输出电压多大？(4)该柴油发电机工作过程中，每小时消耗18kg柴油，柴油完全燃烧产生的内能转化为发电机输出电能的效率是多少？（柴油热值是3.3107J/kg),思路分析：首先建构物理模型，实际输电模型如右图所示，我们将用户与输电导线电阻之间的关系可看作串联，安置区用户看作一个用电器，这是一个最基础的串联电路,相信同学们能自行求解了。,解题过程,模型的建构是物理学常用的方法，正确建构能很快抓住问题的本质、并将其图形形象化，能迅速找到解决问题的方法，做到事半功倍。这是典型的“将复杂问题简单化”的物理化思维。,归纳,五、物理计算中的表格与图像,例1：（08镇江）有一种半导体材料的电阻值随着光照射强度的变化而明显改变，用这种材料制作的电阻称为光敏电阻物理学上用“光强”这个物理量来表示光强弱的程度，符号为E，国际单位为坎德拉(cd)，某光敏电阻的阻值R与光强E之间的一组实验数据如下表所示：,问题二：那么物理图像与表格数据又是如何反映物理规律的呢？,(1)分析上表数据，根据光敏电阻的阻值R随光强E变化的规律，填写表格空格处的电阻，并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为R=,(2)小明将该光敏电阻R、电流表(量程为00.6A)、电压表(量程为03V)、开关、滑动变阻器R0(最大阻值为50)和电压恒为6V的电源组成如图所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电流表的示数为0.4A时，电压表的示数为2.4V，此时，光敏电阻所在处的光强为多大?,(4)若用该光敏电阻制作成如图所示的电磁继电器来控制路灯L，要求当光照减弱到一定光强时，电磁继电器能接通路灯L，则路灯L所在电路的M、N触点应安装在衔铁的(上方下方),(3)在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会超过电流表的量程，滑动变阻器两端的电压可能会超过电压表的量程若光敏电阻处的光强在2.0cd至4.5cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变阻器允许连入电路的阻值范围,解析：半导体器件的问题也是近几年各地中考命题经常出现，半导体材料的伏安特性一般是非线性关系，可能有些半导体局部有线性关系，所以其物理量的关系往往用表格或图像呈现。,正确的解题分析过程：审题：（注意题上划线部分）,(1)分析上表数据，根据光敏电阻的阻值R随光强E变化的规律，填写表格空格处的电阻，并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为R=,(2)小明将该光敏电阻R、电流表(量程为00.6A)、电压表(量程为03V)、开关、滑动变阻器R0(最大阻值为50)和电压恒为6V的电源组成如图所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电流表的示数为0.4A时，电压表的示数为2.4V，此时，光敏电阻所在处的光强为多大?,(4)若用该光敏电阻制作成如图所示的电磁继电器来控制路灯L，要求当光照减弱到一定光强时，电磁继电器能接通路灯L，则路灯L所在电路的M、N触点应安装在衔铁的(上方下方),(3)在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会超过电流表的量程，滑动变阻器两端的电压可能会超过电压表的量程若光敏电阻处的光强在2.0cd至4.5cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变阻器允许连入电路的阻值范围,（1）观察表格数据可以看出光强与光敏电阻有线性关系，运用数学知识，,本题为,，运用待定系数法即可找出其表达式。,（2）光敏电阻与滑动变阻器串联，如图，运用串联规律和欧姆定律可以求出此时光敏电阻的值，从表格中找出对应的光照强度。,思路分析：,（3）初中电学中的范围问题，要注意由于电路中电阻变化引起电流表与电压表的示数变化趋势，特别是它们的变化趋势相反的情形，要抓住端值条件进行求解，找出均安全的阻值范围。,本题光强下限端值E=2.0cd时，光敏电阻的阻值为18，电源电压6V，电流表不可能超量程，但要电压表不超量程，滑动变阻器接入电阻有限制，求出电压表为3V时的滑动变阻器接入电阻；本题光强上限端值E=4.5cd时，光敏电阻的阻值为8，电源电压6V，因此，要针对电流表不超量程为0.6A和电压表不超量程为3V，分别求出滑动变阻器接入电阻。结合上面计算，确定均安全的阻值范围。友情提示：同学们在处理此类问题时往往会想当然，总以为滑动变阻器总是能调置最大的而不加判断认为上限就是最大阻值，或者也有同学认为最小就是0，这种想当然要不得。,（4）光照减弱，光敏电阻阻值变大，电路中电流变小，电磁铁磁性变弱，弱到一定程度时衔铁在弹簧作用下向上弹起，要使路灯工作，此时应使路灯电路开关闭合形成通路，因此要用上两个触点开关。,解题过程,例2：（08南通）图甲和图乙是利用热敏电阻来测量温度的原理图电源电压均为20V且保持不变，定值电阻R0的阻值为30则：(1)图甲中电流表的示数为0.3A时，热敏电阻两端的电压和消耗的功率分别是多少？(2)图乙中电压表的量程为015V，热敏电阻R的阻值随温度的变化关系如图丙所示，试求此电路能测量的最高温度。,正确的解题分析过程：审题：（注意题上划线部分）,例2：（08南通）图甲和图乙是利用热敏电阻来测量温度的原理图电源电压均为20V且保持不变，定值电阻R0的阻值为30则：(1)图甲中电流表的示数为0.3A时，热敏电阻两端的电压和消耗的功率分别是多少？(2)图乙中电压表的量程为015V，热敏电阻R的阻值随温度的变化关系如图丙所示，试求此电路能测量的最高温度。,（2）从图像中反映温度越高热敏电阻阻值越小，由电路图可知，电路中电流越大，电压表示数越大，但电压表的量程是015V，最大允许达15V，此时，即为电路测量的上限温度。,思路分析：,（1）本题条件如图，是较简明的串联电路的计算。,解题过程,图像的优点能表述出两个物理量间连续变化的规律，但如果一定要找出该规律的数学表达式则也是个难点有时我们为了清楚表格数据的连续变化关系，也可以画出其变化图像。,点评：表格与图像分别是物理学三大表述方法之一。数据表格的优点是能清晰和具体的反映相关物理量的几组确定数据间对应关系，但缺点是它是反映的有限的几组数据，两物理量的一般关系要我们从数据变化规律中找寻，这是表格数据处理的一个难点而图像则是既能表述线性的物理规律，如图甲的电阻性元件的伏安特性关系：,总之，我们要会正确读图、识图，从图像上获取有效信息（或说是物理已知条件）来解答相关问题。表格与图像分析是实验归纳法所必备的物理分析法，而归纳法是物理学得以发展的最重要的方法。,也能表述非线性的物理规律，如图乙、丙等半导体元件的伏安特性关系：,问题三：能量法是物理学的两条主线之一，能源危机催生能量效率的问题，能流图能很好直观反映能量的转化与转移的方法。,六、能量转化与效率,(2)普通汽车排出的高温尾气会污染空气，为弘扬“绿色奥运”，2008奥运期间，北京将使用以蓄电池为驱动能源的环保汽车某环保汽车在匀速行驶时，驱动电机的输入电流为50A，电压为300V，则该驱动电机的输入功率为多少?,例1（08无锡）汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题,(1)普通汽车行驶时，发动机将燃料燃烧产生的内能变为机械能如图是某型号的普通汽车发动机的能量流向图，请依据图中提供的信息，计算该汽车发动机的效率为提高该类汽车发动机的效率，请提出一种合理的设想,正确的解题分析过程：审题：（注意题上划线部分）,(2)普通汽车排出的高温尾气会污染空气，为弘扬“绿色奥运”，2008奥运期间，北京将使用以蓄电池为驱动能源的环保汽车某环保汽车在匀速行驶时，驱动电机的输入电流为50A，电压为300V，则该驱动电机的输入功率为多少?,例1（08无锡）汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题,(1)普通汽车行驶时，发动机将燃料燃烧产生的内能变为机械能如图是某型号的普通汽车发动机的能量流向图，请依据图中提供的信息，计算该汽车发动机的效率为提高该类汽车发动机的效率，请提出一种合理的设想,（1）注意问题是求效率，不要将效率与功率相混。,根据效率的概念可知：,，由能流图可知,和，即能求解。,要提高效率，则要减少浪费的能量，则应该从热机的能量损失的途径进行思考。,即能解答。,（2）正确认识，,思路分析：,解题过程,例2：（08武汉）武汉等地生产的混合动力汽车将服务北京奥运。混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。,（1）根据以上描述，请你说出一种混合动力汽车不同于普通汽车的优点。,（2）下表是某台混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数（其中容量即为电荷量），试求该蓄电池组最多可储存多少电能。,（3）测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%。从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0107J/kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示。试计算该汽车内燃机的效率（不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失）。,学生的困惑1：学生首先感到困难的是不了解这种新式汽车，缺乏感知，因此不知从何开始比较优点。老师的解惑1：学生在读题时必须将阅读到的内容与自己已有的知识建立联系，该内容可与我们学习的热机相联系，对比普通汽车即可。学生的困惑2：“蓄电池组最多可储存电能”没有公式可以直接求？老师的解惑2：关键是对“容量”不理解。实际上该镍氢蓄电池组容量100Ah的含义：以300V电压，100A的电流向外供电能持续1h电流做的功即为它储存的电能量。则转化成电功的计算，问题即解。学生的困惑3：哪个是有用能量，哪个是浪费的能量？怎样分析？老师的解惑3：在能量转化的问题里正确判断：输出有用的能量即为W有用、输入的总能量即为W总。用能流图分析清楚就可以得到。,正确的解题分析过程：审题：（注意题上划线部分）,例2：（08武汉）武汉等地生产的混合动力汽车将服务北京奥运。混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。,（1）根据以上描述，请你说出一种混合动力汽车不同于普通汽车的优点。,（2）下表是某台混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数（其中容量即为电荷量），试求该蓄电池组最多可储存多少电能。,（3）测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%。从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0107J/kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示。试计算该汽车内燃机的效率（不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失）。,思路分析：（1）混合动力汽车不同于普通汽车的优点，从题意的表述中直接发现其优点：启动、加速特点；再将混合动力与普通内燃机的工作对比得出，比如：环保，噪声等。（2）理解该镍氢蓄电池组容量100Ah的含义：以300V电压，100A的电流向外供电能持续1h电流做的功即为它储存的电能量。由可解答。（3）其能流分布如图，由此根据效率概念即能解答该汽车内燃机的效率。,解题过程,点评：能流图是分析能量转化或转移的有效清晰的表示法，在上一讲中我就提到用能量知识进行解题是物理解题的一条途径。特别对于讨论效率、节能等问题是最有效的载体，能流分析和受力分析实际都是物理学中基本分析方法。,本题的能流分析图较简单，需要的话我们还可以把浪费的能流继续细分研究。建议同学们多加练习使用能流图;同时熟练公式的掌握。,同学们再见!,解答：（1）没有风吹时,金属杆的电阻,电路中电流,电压表示数,（2）电压表读数为7.5V，电路中电流,此时金属杆的电阻,此时弹簧压缩量为,由图像可知此时作用在迎风板上的风力为260N,（3）每分钟风柱的长度为,每分钟风柱的体积为,每分钟冲击迎风板空气质量,返回,解答：（1）安置区家用电器正常工作电流,输电线路中的电流,（2）输电线路中的电阻,输电线路损失的电功率,（3）输电线路中的电阻上的电压,发电机实际输出电压,（4）18kg柴油完全燃烧产生热量,每小时发电机输出电能,效率为,返回,解答：（1）9.0,（2）光敏电阻的阻值,查表可知光强为4.0cd,（3）光强为2.0cd时，光敏电阻的阻值为18，电流表不可能超量程，但电压表要不超量程，则,滑动变阻器接入电阻不能超过18,光强为4.5cd时，光敏电阻的阻值为8，为使电流表不损坏,为使电压表不超量程,滑动变阻器的阻值变化范围为,（4）上方,返回,解答：（1）此时电阻R0两端的电压：,热敏电阻两端的电压：,热敏电阻消耗的功率：,（2）当电压表的示数为15V时，电路中的电流：,设此时热敏电阻的阻值为，则,由图丙可知，此时的温度是92，故最大能测量的温度是92。,返回,解答：（1）汽车发动机的效率,提高该类汽车发动机效率的设想：降低尾气的温度、减少汽缸散热损失的能量、减小发动机机械本身的摩擦等,（2）驱动电机的输入功率,返回,解答：（1）易于启动。或：加速快，环保，噪声比其他内燃机小等（2）蓄电池组可储存电能：,（3）由图像可知，车速为50km/h时，汽车所受阻力f=2000N,蓄电池组储存的电能增加：,4.475kg完全燃烧放出热量：,该汽车内燃机的效率：,返回,sunb33sunbet官方网sunbetsunbet官方网sunb33jor159fhl了。然而，有些事情不是我们能左右的，就像一辆火车，除非到站，否则不会因为你一个人而停下来。2古宅|突然四周开始摇晃起来，刚开始只是轻微的摇晃后来越摇越厉害，感觉房子都快倒了山神赶紧跑出去，我也紧跟在后面，站在集市上，周围顿时都安静下来所有人都抬头看着，云层流动的很快，云层刚开始是白的，后来逐渐变红，再到后面直接变成了深红色四周都是鲜红的血色太阳和月亮同时出现在天空之中，大地还在持续的晃动，只见周围的房屋由四周向