山东省2022年中考物理(五四制)教材基础巩固-小专题(五)热力电综合计算

1．（2021·东营）为实现自动控制，小明同学利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器，其电路图如图甲所示。控制电路中，电压U1＝3V，定值电阻R0＝50Ω，热敏电阻R的阻值随温度变化的图像如图乙所示；工作电路中，电压U2＝220V，R1＝836Ω，R2＝44Ω。已知恒温调奶器容量为2kg，水温达到80℃时衔铁会跳起。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]（1）请结合此电路，简要说明电磁继电器的工作原理；（2）求衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流；（3）求工作电路在保温状态下的电功率；（4）当调奶器加满温度为25℃的水，加热元件工作500s后衔铁跳起，求此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率。2．（2021·重庆A卷）如图甲所示，小勇同学设计了一个汽车落水安全装置并进行了试验，在汽车的四个门板外侧分别安装一个气囊，气囊的触发由图乙所示电路中a、b间的电压来控制，压敏电阻R1水平安装在汽车底部A处，R1的阻值随其表面水的压力的变化如图丙所示。某次试验时：汽车入水前把R2的滑片调到合适位置不动，闭合开关S，电压表的示数为3V，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到a、b间的电压等于或大于3V时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。电源电压4.5VR1接触水的面积15cm2长方体水池底面积20m2（1）求汽车入水前电路中的电流；（2）当汽车漂浮时，测得水池的水位比汽车入水前上升了8cm（水未进入车内），求汽车受到的重力；（3）求气囊充气打开时汽车A处浸入水中的深度。（g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）参考答案【专题题组训练】1．解：(1)水温达到80℃前，电磁铁把衔铁吸下，使衔铁与b触点接通，R2接入工作电路，处于加热状态；水温达到80℃时，衔铁被弹簧拉起，使衔铁与a触点接通，R1和R2串联接入工作电路，处于保温状态。(2)由图乙可知，当温度为80℃时，热敏电阻的阻值为100Ω，串联电路总电阻等于各分电阻之和，所以控制电路的总电阻：R控＝R＋R0＝100Ω＋50Ω＝150Ω，衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流：I＝eq\f(U1,R控)＝eq\f(3V,150Ω)＝0.02A。(3)R1和R2串联接入工作电路，处于保温状态，保温功率：P＝eq\f(U22,R1＋R2)＝eq\f(（220V）2,836Ω＋44Ω)＝55W。(4)水吸收的热量：Q＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(80℃－25℃)＝4.62×105J，恒温调奶器加热状态消耗的电功率：P′＝eq\f(U22,R2)＝eq\f(（220V）2,44Ω)＝1100W，500s内消耗的电能：W＝P′t＝1100W×500s＝5.5×105J，恒温调奶器的加热效率：η＝eq\f(Q,W)＝eq\f(4.62×105J,5.5×105J)×100%＝84%。2．解：(1)汽车入水前，R1表面水的压力为0，由图丙可知此时其阻值为20Ω，R1两端的电压：U1＝U－U2＝4.5V－3V＝1.5V，电路中的电流：I＝eq\f(U1,R1)＝eq\f(1.5V,20Ω)＝0.075A。(2)当汽车漂浮时，汽车排开水的体积：V排＝S水池Δh＝20m2×8×10－2m＝1.6m3，汽车受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1.6m3＝1.6×104N，汽车受到的重力：G车＝F浮＝1.6×104N。(3)入水前，当电压表示数为3V时，电阻R2的阻值：R2＝eq\f(U2,I)＝eq\f(3V,0.075A)＝40Ω，汽车下沉，ab间的电压增大，当Uab＝3V时，气囊充气打开，此时R2两端的电压：U2′＝U－Uab＝4.5V－3V＝1.5V，R1和R2串联，eq\f(Uab,U2′)＝eq\f(R1′,R2)，即eq\f(3V,1.5V)＝eq\f(R1′,40Ω)，解得R1′＝80Ω，由图丙可知，此时R1表面水的压力为15N，即汽车底部A处受到水的压力为15N，汽车A处受到水的压强：p＝eq\f(F,S)＝eq\f(15N,15