最新中考物理常考计算题经典模型练习 专题13 含传感器、“可变电阻取值范围”问题的电学综合计算模型-【压轴必刷】

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第二轮复习时应打破章节的限制，完善并梳理初中物理知识结构，找出知识点之间的内在联系，要使前后知识联系起来，系统巩固知识，形成一个由知识点到知识面、最后到知识网络的综合体，使复习具有系统性。具体可以从以下几点进行专题复习：
1、按照知识点可以将初中物理分成力、热、声、光、电等版块，用知识树的形式把每个版块涉及的内容展现出来，建立相对独立的知识体系。
2、按照中考题目类型，可以分为选择、填空、实验探究(包括操作实验)、计算、信息综合等专题，进行专门练习，体会每种题型常见解题方法，使复习纵横交错。
3、通过对某些特殊知识点的深挖细究，达到对某一类知识或某一专题的融合、深化。
专题04 含传感器、“可变电阻取值范围”问题的电学综合计算模型
1．小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。OAB为水平杠杆，O为支点，OA：AB＝1：4，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻R0的阻值为20Ω，电流表的量程为0～0.6A，压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
（1）当平板上不放物体时，闭合开关，电流表的示数为0.2A，求电源电压是多大？
（2）该模拟装置能测量的物体的最大重力是多大？
（3）电池用久后，电压变小，其他条件不变，要使装置能测量的最大物重不变。若只更换电阻R0，则更换后的电阻应 （选填“大于”或“小于”）R0。若只水平调节杠杆上触点A的位置，触点A应向 （选填“左”或“右”）方向移动。
2．如图甲是某品牌智能体重秤，图乙是它的电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图丙所示。已知电源电压为6V保持不变。
（1）当秤盘为空时，R的阻值为多少；
（2）体重为400N的小勇站在体重秤上时，电压表示数为2V，则R0的阻值是多少；
（3）若小华站在体重秤上，5s内完成了称量体重的过程，这段时间内体重秤消耗的电能是0.36J，则小华的体重为多少。
3．综合实践活动中，同学们设计了一款可用电压表示数显示拉力大小的测力计模型，电压表示数随拉力的增大而增大，模型电路如图甲所示，ab为长15cm、阻值20Ω的电阻丝，其阻值与长度成正比。滑片P左端固定在拉杆上，弹簧处于原长时，滑片P位于a端，电源电压恒为4V，R0为12Ω，其余部分电阻不计，电压表量程为0～3V。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦。
（1）虚线框内接线柱“1”应与 （选填“2”或“3”）连接。
（2）闭合开关，弹簧处于原长状态时，电压表示数是多少？
（3）弹簧的伸长量与所受拉力F之间的关系如图乙所示，在保证电路安全的前提下拉环上能施加的最大拉力是多少？
4．空气质量指数是环境监测的重要指标，下表的空气质量等级是按照空气质量指数A划分的。某兴趣小组自制的空气质量监测仪，用电压表显示空气质量指数，工作原理电路图如图所示。已知电源电压U＝18V，电压表量程为0～15V，定值电阻R0的阻值为100Ω，气敏电阻阻值R与A的关系为R＝×103Ω。
（1）通过计算，判断电压表示数为12V时，气敏电阻的阻值为多少？并判断对应的空气质量等级。
（2）当电压表示数为12V时，经过多少时间定值电阻R0和气敏电阻R消耗的总电能可以让标有3000r/（kW•h）的电能表转过9转？
（3）更换定值电阻R0可改变监测仪的测量范围。若要使电压表满偏时对应的空气质量指数A＝400，则更换后的定值电阻R0'的阻值应为多少？
5．电梯为居民出入带来很大的便利。小明家住某小区某栋6楼，放学后乘电梯回家。小明查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成：在工作电路中，当电梯没有超载时，动触点K与静触点A接触。闭合开关S，电动机正常工作。当电梯超载时，动触点K与静触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作。在控制电路中，已知控制电路的直流电源电压U＝6V，保护电阻R1＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R2阻值随压力F大小变化如图乙所示。
电梯自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。（g取10N/kg）
（1）某次电梯正常运行时，测得通过电磁铁线圈的电流为10mA，则此时电梯载重为多少kg？
（2）若该电梯安装在家庭电路中，电动机的功率为11kW，那么它工作时的电流为多少？
（3）若电磁铁线圈电流达到20mA时，刚好接触静触点B，电铃发出警报声，表示该电梯已经超载。当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载？
6．随着科技的进步，智能设备逐步走入千家万户，某科研小组对自动储水装置进行研究。图甲的储水容器底有一个质量0.5千克、底面积100平方厘米的长方体浮桶，桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连，距容器底0.4米处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示，其电源电压U为12伏，此时滑动变阻器接入电路的阻值为10欧，当电流表示数为0.6安，且桶底升至阀门所处高度时，阀门才感应排水。力敏电阻R与它所受压力F的对应关系如表所示（弹簧均在弹性限度内）。
（1）未加水时，力敏电阻所受压力为2牛，电流表的示数是多少安？
（2）当双控阀门打开排水时，此时容器内水面距底部的距离为多少米？
（3）若要增加该装置的储水量，应如何调节控制电路中的滑动变阻器？并说明理由 。
7．如图所示，U形轻质杠杆ABCD，AB和CD分别与BC垂直。轻质杆EO固定在天花板上，在O处安装铰链，杠杆ABCD可绕支点O转动，已知OB：OC＝1：2。重为50N的柱体甲固定在A端，且放置在压敏电阻Rx上，压敏电阻的阻值Rx随压力F的变化关系如表所示，将压敏电阻接入电源电压恒为12V的电路中，定值电阻R0阻值为10Ω，电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～15V。重为20N的柱体乙固定在D端并放入足够高的柱形容器内，容器底面积为400cm2，柱体乙的底面积为200cm2，高20cm，乙的下表面距离容器底部10cm。求：
（1）柱体乙的密度；
（2）现向空容器中注入4500cm3的水，电路总功率；
（3）为保证电路安全，总共注入水的最大质量为多少千克。
8．如图甲所示是某兴趣小组设计的家庭燃气报警器电路示意图，其中电源电压保持恒定，R1是由气敏材料制成的传感器，其阻值与燃气（主要成分为甲烷）的浓度的关系如下表：R2为滑动变阻器通过移动滑片P的位置来设定燃气报警值：两个小灯泡的额定功率均为6W均能正常工作，该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，此时电流表的读数为0.3A，电磁铁A恰好能将衔铁B吸下（电磁铁线圈阻值忽略不计）
R1阻值与天然气的关系
（1）报警器报警时， 灯亮。（选填“L1”或”L2”）
（2）该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，测试时，报警器传感器始终处于3%的燃气中，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从一端移到另一端，测得电压表示数U与电流表示数的关系如图乙所示，则该报警器在待机时（燃气浓度为0%）消耗的总电功率为多少？
（3）若想让上述报警器在燃气浓度达到2%时就报警，那么该如何调节滑动变阻器，并请简述其中的科学原理。
9．为探究平衡木受力的特点，重为400N的小红设计了图甲所示的平衡木模型，整个装置放在水平地面上，AB可绕支点O无摩擦转动。AB始终处于水平平衡状态，C处固定一竖直硬杆，硬杆重300N，硬杆的底部安装有压力传感器R，R所在的电路装置如图乙所示，R的阻值随着硬杆对它的压力F的变化关系如图丙所示。其中，电源电压为4.5V，保护电阻R0＝5Ω，电流表的量程为0～0.6A，且AB＝4m，OA＝BC＝1m，整个装置除硬杆外，其他部分的重力均不计，g取10N/kg。求：
（1）小红的质量；
（2）小红站在A点时，C处受到硬杆对它的拉力；
（3）小红站在C点时，电流表的示数；
（4）在电路安全的情况下，小红在平衡木上缓慢走动的过程中，当电路消耗的电功率达到最小值和最大值时，压力传感器R消耗的电功率之比。
10．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：已知电源电压为4.5V。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。求：
（1）汽车入水前电路中的电流；
（2）气囊充气打开时汽车A处受到水的压力；
（3）如果设置气囊充气打开时汽车A处受到的压力为5N，求此时电路消耗的总功率。
11．在课外活动中，同学们设计了一个“汽车超载报警器”，原理如图甲所示。其中ABO是质量不计的杠杆，B点为汽车模型重力承压点，A点通过压杆作用于压敏电阻R，OA：OB＝4：1，在测量电路中R的阻值随压力变化的关系如下表所示。无车时电路中的电流I＝150mA；小灯泡两端的电压U≥2.5V是超载的报警点（超载时发红光，不超载时发绿光）。小灯泡的I﹣U图像如图乙所示。电源电压为5.5V保持不变。求：
（1）无车时，小灯泡的功率是多大？
（2）汽车模型的重力达到多少时报警器开始报警？
12．如图甲。柱体A与B经细线绕过定滑轮（不计绳重及摩擦）相连，A置于力敏电阻Rx上，力敏电阻其电阻值Rx随压力F的变化关系如表，电源电压恒为6V．逐渐向容器中注水至满，得到了电流表的示数与注水体积之间的关系，如图乙。已知GA＝30N，GB＝10N，柱形容器底面积为500cm2，高10cm。求：
（1）水深5cm时，水对容器底部的压强；
（2）定值电阻R0的阻值；
（3）若电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V，在注水过程中，为确保电路安全，求电路消耗的功率范围。
空气质量指数A
0～50
51～100
101～150
151～200
201～300
＞300
空气质量等级
优
良
轻度污染
中度污染
重度污染
严重污染
压力F/牛
2
4
……
12
15
电阻R/欧
110
70
……
16
10
F/N
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Rx/Ω
200
110
50
30
20
14
10
5
2
燃气浓度
传感器阻值Ω
0%
55
2%
33
4%
23
6%
20
压力F/N
5
10
15
20
25
30
⋯
压敏电阻R/Ω
27
24
21
18
15
12
⋯
F/N
15
20
22
25
28
30
35
Rx/Ω
20
14
13
11
10
9
8