初中物理计算题

如图所示，某考古队用滑轮组将重 $4.8\times {10}^{3}N$，体积为 $100d{m}^3$的文物打捞出水，定滑轮重 $100N$．滑轮组上共有三根绳子 $a$， $b$和 $c$，其中 $a$是悬挂定滑轮， $b$绕在定滑轮和动滑轮上， $c$悬挂文物，整个打捞过程始终缓慢匀速提升文物，文物完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为 $95\%({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$，绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计）。请解答下列问题：

（1）文物浸没在水中时受到的浮力是多大？

（2）动滑轮的重力是多大？

（3）在整个打捞过程中， $a$、 $b$、 $c$三根绳中哪根绳承受的拉力最大？该绳至少要承受多大的拉力？

小科家浴室内有台储水式电热水器，其说明书部分参数如表：回答下列问题：

（1）加热棒阻值不变，当二根加热棒同时工作时，它们的连接方式是　　联的。

（2）该电热水器以 $2.0\mathit{kW}$的功率工作 $75\mathit{min}$，消耗的电能为多少？此时通过它的电流为多大？（计算结果精确到 $0.1A)$

（3）当电热水器装满水时，电热水器受到的总重力是多少？

（4）如图甲、乙所示分别是该电热水器水平安装时的正面和侧面示意图，其中 $A$点是电热水器装满水时的重心位置，图中 $h=d=248\mathit{mm}$。装满水时，若忽略进、出水管对电热水器的作用力，则墙面对悬挂架的支持力为多大？

（5）小科洗热水澡后发现：与进水管相连的金属进水阀表面布满了小水珠（如图丙），而与出水管相连的金属出水阀表面仍保持干燥。请你分析产生上述两种现象的原因。

如图所示，是一个照明系统模拟控制电路。已知电源电压 $U=4.5V$，定值电阻 $R_1=5\Omega$．滑动变阻器 $R_2$上标有“ $25\Omega 1A$”字样， $R_3$为光敏电阻，其阻值随光照度的变化遵循某一规律，部分数据如下表所示（相同条件下，光越强，光照度越大，光照度单位为勒克斯，符号为 $\mathit{lx}$，白天光照度大于 $3\mathit{lx})$，当 $R_1$两端电压低至 $0.5V$时，控制开关自动启动照明系统（不考虑控制开关对虚线框内电路的影响）。利用该装置可以实现当光照度低至某一设定值 $E_0$时，照明系统内照明灯自动工作。

光照度 $E/\mathit{lx}$	0.5	1	1.5	2	2.5	3
光敏电阻 $R_3$阻值 $/\Omega$	60	30	20	15	12	10

（1）标有“ $6V3W$”字样的照明灯，正常工作时的电流为多大？

（2）闭合开关 $S$，将滑片 $P$移至 $b$端，求 $E_0$为多少？

（3）要使 $E_0=1.2\mathit{lx}$，则 $R_2$接入电路的电阻应调为多大？若环境的光照度降至 $1.2\mathit{lx}$时能保持 $5\mathit{min}$不变，求这段时间内 $R_2$消耗的电能。

（4）本系统可调 $E_0$的最小值是　　 $\mathit{lx}$。

圆柱形容器置于水平地面（容器重忽略不计），容器的底面积为 $0.2m^2$，内盛 $30\mathit{cm}$深的水。现将一个底面积 $400c{m}^2$、体积 $4000c{m}^3$均匀实心圆柱体放入其中。如图甲所示，物体漂浮在水面，其浸入水中的深度为 $5\mathit{cm}$；当再给物体施加一个竖直向下大小不变的力 $F$以后，物体最终恰好浸没于水中静止，如图乙所示。 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$则：

（1）物体受到的重力是多少？

（2）物体浸没水中静止时容器对地面的压强是多少？

（3）从物体漂浮水面到浸没水中静止的过程中压力 $F$做了多少功？

某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计， $R$为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流 $\mathit{Ig}=15\mathit{mA}$，其阻值 $R$随温度变化的规律图像如图乙所示，电源电压 $U_1$为 $6V$，当电磁铁线圈中的电流 $I>8\mathit{mA}$时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点 $a$、 $b$接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流 $I⩽8\mathit{mA}$时，继电器上方触点 $c$接触，保温电路接通，热敏电阻 $R$和工作电路中的三只电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$，均置于储水箱中， $U_2=220V$，加热时的功率 $P_{\mathit{加热}}=2200W$，保温时的功率 $P_{\mathit{保温}}=110W$，加热效率 $\eta =90\%$， $R_2=2R_1$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，水箱内最低温度为 $0^{°}\text{C}$。

（1）为使控制电路正常工作，保护电阻 $R_0$的阻值至少为多大？若 $R_0$为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。

（2）电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$的阻值分别为多少欧姆？

（3）该热水器在加热状态下，将 $44\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${50}^{°}\text{C}$需要多少时间？

某兴趣小组在实验室（温度为20℃）进行综合实验。装置如图所示，长为0.6m的绝缘轻质杠杆ab悬挂在高处，可绕O点转动。点O距杠杆b端0.2m。杠杆a端的轻质丝线悬挂一体积为2×10 ^{﹣ 3}m ³的实心合金块B，B浸没在烧杯内的液体中。已知该液体热胀冷缩的特性显著。其在温度为20℃时的密度为1.0×10 ³kg/m ³．当杠杆b端用轻质金属丝悬吊一质量为2kg的铜柱时，杠杆正好在水平位置平衡。此时，铜柱下的金属探针（重力不计）正好伸到水银槽的水银面上并且刚好和水银接触。右方电路中，小灯泡发光，导线C和金属丝良好接触但对金属丝和杠杆都不产生力的作用。导线A始终和槽中水银良好接触。已知小灯泡规格为"3V0.06W"，电源电压为3V．铜柱、探针、水银的电阻均不计。忽略温度对灯丝电阻的影响。求：

（1）若在电路中串联一个量程为0～15mA的电流表，为保证电路安全。定值电阻R的最小阻值是多少？

（2）合金块B的密度是多少？

（3）除烧杯内的液体外，装置中其他物体的热胀冷缩忽略不计。若实验室温度骤然升高，小灯泡将 　  　（选填"继续发光"或"熄灭"）。

图甲是一种壶口处配有自动开合小壶盖的电水壶。

（1）如图乙，电水壶底部的导线连接装置有铜环①、铜环②和铜柱③．经测试发现：①、②之间是绝缘的，②、③之间常温下有十几欧姆的电阻。则与水壶金属外壳相连的装置是　　。

（2）图丙是自动开合小壶盖简化侧视图。 $\mathit{OA}$是小壶盖， $C$是其重力作用点。 $B$是小壶盖的配重。 $\mathit{OB}$是配重柄。 $\mathit{AOB}$能绕固定点 $O$自由转动。请在答题纸图丙中作出小壶盖的重力 $G$及其力臂 $L$。

（3）已知：小壶盖质量为4克， $\mathit{OA}=3$厘米， $\mathit{OC}=1.4$厘米， $\mathit{OB}=1$厘米， $\angle \mathit{AOB}=135°$．要求倒水时，壶身最多倾斜 $45°$，小壶盖便自动打开；壶身竖直时，小壶盖在水平位置自动闭合。求配重 $B$的质量取值范围。（配重柄质量和 $O$点的摩擦均忽略不计， $\sqrt{2}$取 $1.4)$

现有一个粗细均匀的金属圆环，它是由一段铜丝和一段同种材料制成的电阻丝连接而成的。为了研究它的导电性，小科把它接入到如图甲所示的电路中。实验时，小科先将触点 $M$与圆环上的 $A$点连接，再移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$至最右端后，闭合开关 $S$，将触点 $N$从 $A$开始沿逆时针方向滑动一周，在触点 $N$滑动的过程中，触点 $M$、 $N$之间的电阻等效于一个变化的电阻，记为 $R_{\mathit{MN}}$．设滑过弧 $\mathit{MN}$的长为 $x$，电流表示数 $I$与 $x$之间的关系如图乙所示。已知电源电压恒为 $4.5V$，铜丝的阻值不计，触点接触良好。粗细均匀、同种材料制成的电阻丝阻值与其长度成正比。

（1）由图乙可知，该金属圆环中铜丝的长度是　　 $\mathit{cm}$。

（2）在触点 $N$滑动过程中， $R_{\mathit{MN}}$的最大值是多少？

（3）每 $1\mathit{cm}$电阻丝的阻值是　　 $\Omega$．（提示：图甲中 $M$、 $N$之间的电阻等效于 $M$、 $N$之间两段弧形金属丝并联后的总电阻）

（4）如图丙所示，把 $M$、 $N$接到圆环其中一条直径的两端，将滑片 $P$移到最左端后闭合开关 $S$，通电 $1\mathit{min}$，电路消耗的电能为 $W$．求 $W$的最大值。（计算过程中不需要说明取最大值的理由）

在做“探究导体中电流跟电阻的关系”的实验中，实验器材有：学生电源 $(3V$不变），电流表、电压表、定值电阻四只 $(5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$、 $25\Omega$各一只），滑动变阻器 $M\left(10\Omega 1A\right)$，滑动变阻器 $N\left(20\Omega 1A\right)$，开关、导线若干。

（1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整，要求滑片 $P$向 $B$端移动时电路中电流变大。

（2）实验过程中，使用不同定值电阻进行探究时，调节滑动变阻器的阻值，使电阻 $R$两端电压保持不变，这种方法是　　（填字母编号）；

$A$．转换法    $B$．控制变量法    $C$．等效替代法

（3）某次实验中，连接好电路，闭合开关时，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约 $3V$，调节滑动变阻器的阻值，两电表示数均无明显变化，电路故障原因可能是　　；

（4）排除故障后，更换不同定值电阻进行了实验，记录实验数据如表：

实验次数	1	2	3	4
电阻 $/\Omega$	5	10	20	25
电流 $/A$	0.40	0.20	0.10	0.08

分析表中数据可得到的结论是：　　；

（5）实验中选择的滑动变阻器应是　　（选填“ $M$”或“ $N$” $)$。

小灯泡作为中学最常使用的电学元件之一，通常认为其电阻不随温度而发生变化，但在实际应用中其电阻并非定值，现设计一个测量某种型号小灯泡 $I-U$图象的电路如图甲，电源电压恒为 $6V$，滑动变阻器最大电阻 $30\Omega$．

（1）当开关 $S_1$， $S_2$均闭合，滑片处于 $a$端时，求电流表 $A_1$的示数；

（2）当开关 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑片离 $a$端 $\frac{1}{3}$处时，电流表 $A_2$的示数 $0.2A$，求此时小灯泡的电阻。

（3）在开关 $S_1$闭合， $S_2$断开的情况下，某同学描绘出小灯泡 $I-U$图象如图乙，求图中 $C$点对应的电路中滑动变阻器接入电路的阻值大小和滑动变阻器消耗的功率。

如图所示，物理科技小组设计的具有防干烧功能的空气加湿器装置模型，由控制器和加热器组成，可在水量不足时自动停止加热。加热器有高、低两个挡位，由开关 $S$和加热电阻丝 $R_1、R_2$组成， $U＝220V，R_2＝242\Omega$；控制电路电压恒定， $R_0＝10\Omega$， $R_F$为压敏电阻，下方固定一个轻质绝缘T形硬质杆，水箱注水后圆柱形浮体 $A$竖直上浮，通过 $T$形杆对压敏电阻产生压力，所受压力每增加 $1.5N$，电阻减小 $5\Omega$。浮体 $A$体积为 $1000c{m}^3$，质量为 $50g$。科技小组对加湿器进行测试：向水箱内缓慢注水，当液面上升至浮体 $A$体积的 $\frac{1}{5}$浸入水中时，电磁铁线圈中电流为 $200mA$，此时衔铁恰好被吸下，加热器开始工作；当液面上升至浮体 $A$体积的 $\frac{1}{2}$浸入水中时，电磁铁线圈中电流为 $240mA$；当水箱注水量达到最大值时，电磁铁线圈中电流为 $300mA$。 $T$形硬质杆的质量和电磁铁线圈电阻忽略不计， $g取10N/kg$，水的密度为 $1.0\times {10}^{3}kg/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/（kg•℃）$。

（1）当加热器处于高挡位时，加热 $140s$所产生的热量全部被 $1.2kg$的水吸收，水温升高了 $25℃$。求加热器的高挡功率和低挡功率；

（2）求浮体 $A$体积的 $\frac{1}{5}$浸入水中时受到的浮力和此时压敏电阻受到的压力；

（3）求水箱注水量达到最大值时，浮体 $A$浸入水中的体积。

如图所示的电路，电源电压恒定，电流表量程为0～0.6A，滑动变阻器允许通过最大电流为1A。小灯泡L标有"2.5V 0.25A"字样，其I﹣U图象如图乙所示。只闭合S ₁时，电流表的示数为I＝0.2A，电阻R ₁消耗的功率为P ₁，变阻器滑片P移到b端，所有开关都闭合时，电流表的示数为I'＝0.5A，电阻R ₁消耗的功率为P ₁'，且P ₁：P ₁'＝16：25。

（1）求小灯泡L正常发光时的阻值；

（2）求电源电压；

（3）若只闭合S ₂，且电压表的量程为0～3V。在保证电路元件都安全的情况下，求变阻器接入电路的阻值变化范围。

吴丽设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路，对水箱内的水加热。电路中 $R$是阻值恒为 $40\Omega$的发热电阻， $R_0$是阻值恒为 $160\Omega$的调控电阻； $S$为温控开关，当温度等于或低于 ${37}^{°}\text{C}$时闭合，温度等于或高于 ${42}^{°}\text{C}$时断开，使箱内温度维持在 ${37}^{°}\text{C}$到 ${42}^{°}\text{C}$之间；额定电压为 $220V$．请完成下列问题：

（1）在额定电压下，发热电阻 $R$工作的最大发热功率和最小发热功率各为多少瓦特？

（2）设计完成后，吴丽对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为 ${42}^{°}\text{C}$开始计时，电路中的电流随时间变化的图象如图乙。

ⅰ．测试时的实际电压为多少伏特？

ⅱ．工作测试一个小时，电路消耗的电能为多少度？

ⅲ．已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。假设升温过程中，发热电阻发出的热量全部被水吸收，不考虑热量散失，则测试时水箱内水的质量为多少千克？（本小问结果可用分数表示）

小红家有一支电子体温计，查阅说明书得知，电子体温计的探测器是热敏电阻，其阻值随着温度的变化而变化。小红买来一个热敏电阻，准备设计和制作一支模拟电子体温计。她计划先测出此热敏电阻在不同温度时的阻值，按照图甲所示连接了实验电路。 $R_T$为热敏电阻，实验时， $R_T$置于温控箱（图中虚线区域）中电源电压保持不变， $R_1$为定值电阻， $R_2$为电阻箱 $(0~9999\Omega )$， $S_2$单刀双掷开关，开关 $S_1$和 $S_2$闭合前，小红将电阻箱 $R_2$的阻值调到最大。

（1）小红首先调节温控箱的温度，使 $R_T$温度为 ${42.0}^{°}\text{C}$，闭合 $S_1$，将 $S_2$接2，读出电压表的示数为 $3V$。

①为测量此时 $R_T$的阻值，接下来的操作是：将 $S_2$接　　（选填“1”或“2” $)$，调节电阻箱 $R_2$的阻值，使电压表示数为　　 $V$，读出此时 $R_2$的阻值即为 ${42.0}^{°}\text{C}$时 $R_T$的阻值。

②逐渐降低温控箱的温度，根据上述方法测量出 $R_T$在不同温度时的阻值，若依据小红所测数据画出的 $R_T$阻值随温度变化的图象如图乙所示，且当 $R_T$的温度降至 ${32.0}^{°}\text{C}$时，闭合 $S_1$，将 $S_2$接2，电压表示数为 $2.4V$．求电阻 $R_1$的阻值。

（2）在获得如图乙所示的 $R_T$阻值随温度变化的关系后，为了自制模拟电子体温计，小红将 $S_2$始终接2，闭合 $S_1$后，通过电压表的示数大小来显示温度高低，如果将 $R_T$用绝缘布包好后置于正常人腋窝中央，保持腋窝合拢，闭合 $S_1$，当电压表示数稳定后，电压表示数最接近　　。

$A.2.25\mathit{VB}.2.45\mathit{VC}.2.65\mathit{VD}.2.85V$

圆柱形容器置于水平地面（容器重忽略不计），容器的底面积为 $0.2m^2$，内盛 $30\mathit{cm}$深的水。现将一个底面积 $400c{m}^2$、体积 $4000c{m}^3$均匀实心圆柱体放入其中。如图甲所示，物体漂浮在水面，其浸入水中的深度为 $5\mathit{cm}$；当再给物体施加一个竖直向下大小不变的力 $F$以后，物体最终恰好浸没于水中静止，如图乙所示。 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$则：

（1）物体受到的重力是多少？

（2）物体浸没水中静止时容器对地面的压强是多少？

（3）从物体漂浮水面到浸没水中静止的过程中压力 $F$做了多少功？