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为响应市政府提出的“创建海绵型城市”的号召,小科设计了如图所示的市政自动排水装置...

为响应市政府提出的“创建海绵型城市”的号召,小科设计了如图所示的市政自动排水装置模型,控制电路由电压为12V、最大容量为6000mAh的蓄电池供电,蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。R0为定值电阻,R为压敏电阻,压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连,,压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表:(压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计,所用绿灯红灯及排水泵的额定电压均为220V

压敏电阻受到的压力F/N

60

120

180

240

300

360

420

480

压敏电阻R阻值

400

260

180

125

100

80

65

55

 

 

 

(1)按照设计要求,当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时,压敏电阻受到压力为360N,通过电磁铁线圈的电流为100mA,排水泵启动;定值电阻R0的阻值为多少____?该浮体重力为10N,浮体刚好全部浸入水中时受到的浮力为多少N____

(2)在实际调试过程中,小科发现水位已达到安全位置上限,但排水装置还未启动。如果在其他条件保持不变的前提下,要使排水装置符合设计要求,应该将与压敏电阻相连的压板向_____(填“左”或“右”)移动;

(3)若选用额定功率为5kW的排水电动机,排水泵机械效率为80%,工作2小时能将多少kg的水抽到6米高处____?(g=10N/kg

(4)“发电玻璃”面积为0.2m2,其光电转化率为10%,要对没有电的控制电路蓄电池充满电需要多少小时____?(太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按1kW计算)

 

40Ω 100N 右 6米 3.6 【解析】 (1)当浮体刚好全部浸入水中时,压敏电阻受到压力为360N,通过电磁铁线圈的电 I=100mA=0.1A 由表中数据知,此时压敏电阻的阻值R=80Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以由可得定值电阻R0的阻值 设此时连杆对A端的作用力为FA,压敏电阻对B处的作用力为FB,由杠杆的平衡条件可得 由力作用的相互性可知,A端对浮体向下的压力 由力的平衡条件可得,此时浮体受到的浮力 (2)制作压敏电阻的材料属于半导体;在实际调试过程中,小科发现水位已达到安全位置上限,但排水装置还未启动,则控制电路的电流太小,如果在其他条件保持不变的前提下,要使排水装置符合设计要求,应减小控制电路中的电阻以增大控制电路中的电流,由表格数据可知,应增大压敏电阻受到的压力,在A端作用力和动力臂不变的情况下,由杠杆平衡条件知,将压板向右移动时,减小了阻力臂,可增大对压敏电阻的压力。 (3)由可得,排水电动机工作2h消耗的电能 电动机消耗的电能转化为水的机械能 由W=Gh=mgh可得,能抽到6m高处水的质量 (4) )蓄电池充满电时储存的电能 因发电玻璃的光电转化率为10%,所以发电玻璃接收到的太阳能 由E=PSt可得蓄电池充满电需要的时间 答:(1)定值电阻R0的阻值为40Ω;该浮体重力为10N,浮体刚好全部浸入水中时受到的浮力为100N; (2)应将压板向右移动; (3)工作2小时能将4.8×105kg的水抽到6米高处; (4)要对没有电的控制电路蓄电池充满电需要3.6小时。  
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考点分析:
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小明用如图所示的电路研究通过导体的电流与电压、电阻的关系:

1

次数

U1/V

I/A

1

1.0

0.20

2

1.5

0.30

3

2.0

0.40

 

 

2

次数

R1

I/A

4

3.0

0.50

5

6.0

0.33

6

9.0

0.25

 

 

(1)保持电源电压和电阻箱R1的阻值不变,移动滑动变阻器R2的滑片P,测得电流、电压如表1所示;根据表1中的数据,你得出的结论是_____

(2)在研究电流与电阻的关系时,先将R1的阻值调为5欧姆进行实验,使电压表的示数为1.5V,然后将R1的阻值调为10欧姆时,某同学没有改变滑动变阻器滑片的位置,合上开关后,电压表的示数将不等于1.5V,因此要向_____(选填“右”或“左”)调节滑片,使电压表的示数仍为1.5V

(3)李明同学用该电路测量电源电压时,将滑动变阻器的滑片到适当位置保持不变,仅改变电阻箱R1的阻值,测得相应的电流值,如表2所示,利用表2中的数据求得电源电压约为_____V

(4)小明完成好这实验之后,他又想测量一个额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,连接好电路如图甲后,检查连线正确,但闭合开关后发现小灯泡发出明亮的光且很快熄灭出现这一故障的原因可能是_____。排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P到某处,电压表的示数如乙图所示。若要测量小灯泡的额定功率,应将图中的滑片P_____(选填“A”或“B”)端移动,直到电压表的示数为2.5V,此时电流表的示数如丙图所示,则小灯泡的额定功率为_____W。测出小灯泡的额定功率后,某同学又把小灯泡两端电压调为额定电压的一半,发现测得的功率并不等于其额定功率的四分之一,其原因是_____

 

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小明和小华通过实验测量一个实心小石球的密度:

(1)图甲是小明正在调节天平平衡时的情景,指出他在操作中的错误是_____

(2)纠正错误后,小明在测量石球质量时在右盘中依次添加120g110g的砝码后,指针偏至图乙所示位置,接下来正确操作应是_____

A.向左调节平衡螺母

B.取下20g砝码,换上5g砝码

C.取下10g砝码,换上5g砝码

D.再往右盘加5g砝码

(3)完成上一步骤后,小明将游码移至图丙位置,使天平平衡;再把石球浸没在装有30mL水的量筒中,水面升至图丁所示位置,则测得石球密度为_____g/cm3。由于石球吸入部分水,所测得的密度_____(选填“大于”、“等于”或“小于”)石球的真实密度;

(4)实验中小华不小心把量筒摔破了,一时找不到新的量筒,于是老师又给小华一个烧杯,请完成以下实验步骤并测出石球的密度(水的密度为ρ):

用调节好的天平测量石球的质量为m1

将适量的水倒入烧杯并称出水和烧杯的总质量为m2

将石球轻放入烧杯内,记下此时水面到达的位置并做好标记;

取出石球,加水到标记处,称出此时水和烧杯的总质量为m3

由此得石球体积表达式为_____,石球密度表达式为_____(用题中所给字母表示),实验时将石球拿出水时,表面带有少量水,则对实验结果_____(选填“有”或“无”)影响。

 

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图甲是园区内的停车装置,存车时只需40s就可以把汽车升到2m高处,图乙为工作原理图,其中A为架,O为杆OB的转动轴,杆的B端固定悬挂泊车,BC为牵引OB杆转动的钢丝绳,M为牵引钢丝绳的电动机。存车时,汽车开到存架上,电动机通过钢丝绳BC将杆OB拉到一定高度固定;取车,将OB杆放下使架落回地面:(忽略存架、OB的重力和机械各部分的摩擦力)

(1)图乙中使用了定滑轮,它的作用是_____

(2)在乙图中画出动力、阻力,以及它们的力臂;若此时汽车的质量为1.2tB点到地面的垂直距离为3m,车的重心距离地面2mOB长为5mBC距离为1m。此时钢丝绳所受到的拉力大小为_____N

(3)若使汽车离开地面到如图乙所示的位置,钢丝绳的拉力会逐渐_____(填变大、变小或不变);

(4)汽车竖直上升的速度是_____km/h,在这个过程中整个装置的车做的功是_____J

 

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在图中,已知静止在通电螺旋管左端小磁针N极的指向,请用箭头在磁感线上标出磁感线的方向并在括号内用“+”“-”号标出电源的正负极。

________)(________

 

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如图 所示,请画出重 20N 的小球所受重力的示意图。

_____

 

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