1、物理分析计算1.东京奥运会61公斤级举重比赛中，冠军获得者李发彬在完成挺举166公斤时，由于重心不稳，做出了金鸡独立的高难度动作，轰动了全世界。已知比赛时李发彬体重为60公斤，每只举重专用鞋鞋底面积约为200cm2，挺举时他用了10s时间将杠铃举高了2m并保持静止，如图所示。请回答：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉的目的是 。（2）杠铃的重力为多少？（3）李发彬将杠铃举高的功率是多少？（4）金鸡独立时，李发彬对地面的压强有多大？2.如图甲所示，用钢丝绳将一个实心圆柱形混凝土构件从河里以0.05m/s的速度竖直向上匀速提起，图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图像，整个提起过程用时100
2、s，已知河水密度为1.0103kg/m3，混凝土的密度为2.8103kg/m3，钢铁的密度为7.9103kg/m3，g取10N/kg，不计河水的阻力，试求：（1）060s内钢丝拉力所做的功为多少？（2）实心混凝土构件的体积为多少？（3）通过计算说明，此构件为纯混凝土还是混凝土中带有钢铁骨架？3如图所示，花岗岩石块甲、乙体积之比为12：3，将它们分别挂在轻质硬棒AB的两端，当把石块甲浸没在水中时，硬棒恰能水平位置平衡。然后将甲石块从水中取出，拭干后浸没在液体丙中，调节石块乙的位置到C处时，硬棒在水平位置再次平衡，且OC2OA（已知花岗岩的密度2.6103kg/m3），求：（1）AO：OB；（2）
3、液体丙的密度。4.某学习小组，制作了一个探究“滑动摩擦力与压力大小关系”的实验装置，如图甲所示。绝缘的轻质木板，压在硬性轻质且光滑的金属滑片上，木板和金属滑片均水平放置且足够长，电路开关闭合时，可通过改装后的电流表读出滑片所受压力F的大小。重为5.5N的铁块通过细线绕过定滑轮（不计绳重和摩擦），与重为0.5N的空桶相连，将铁块放在水平木板上时，滑片恰好在滑动变阻器R2底端，电阻不计的弹簧被压缩，此时电路的总功率P0.6W，R1的功率记为P1。实验装置通过向桶中加入细沙，改变铁块对木板的压力；水平向左推动木板时，铁块始终保持静止，通过始终在水平方向的拉力传感器（位置可随铁块一起相对地面上下调节）
4、的示数，可得出木板与铁块之间摩擦力的大小。电路中，电源电压恒为3V，R2阻值分布均匀（阻值与长度成正比）。弹簧长度变化量与压力的关系如图乙所示。小组实验后，得到压力F压和拉力传感器示数F的数据如表丙所示。F压/N012345F/N00.250.50.7511.25（1）若铁块的底面积为20cm2，当F1N时，铁块对木板的压强为多少？（2）学习小组应当将电流表的哪个刻度改为压力5N？（3）若压力为0时，滑片恰好在R2的顶端，此时R1的功率记为P2，且P1：P21：9当电流表的示数为0.5A时，向桶中加入细沙的重力为多少？5.小强的爸爸在国外买了一台家用智能电热马桶盖（如图甲），小强从此立志学好物
5、理，长大后创新设计推进“中国造”图乙是小强设计的便座加热电路，R1和R2是两个定值电阻（表示两个电热丝），单刀双掷开关S2可接a或b，该电路通过开关S1和S2的不同接法组合，实现“高温挡、中温挡、低温挡”三种加热功能。已知智能电热马桶盖低温挡功率P122W，中温挡功率为P244W。求（1）低温挡工作时，电路中的电流；（2）R1和R2的阻值；（3）求高温挡功率P3。6某同学利用热敏电阻为家中灯暖型“浴霸”（用电灯取暖的用电器）设计了一个温度可自动控制的装置，如图甲所示。“控制电路”中的热敏电阻R1的阻值随温度变化的曲线如图乙所示。电磁铁线圈可看成阻值为20的纯电阻R0，“浴霸”共安装有2盏标有“
6、220V，440W”的灯泡，当电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使“浴霸”电路断开；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放，使“浴霸”电路闭合。求（1）若浴室中的温度不得超过40，则控制电路的电源电压U1最小值是多少？（2）若电源U1电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制在多大范围内？7随着生活条件的改善，人们更加注意家居环境的美化，如图所示甲是带有水温调节功能的家庭水族箱。该水族箱的鱼缸水温调节器工作原理如图乙所示：其中R1为阻值可调的电热丝，R2为定值电热丝，R2400欧，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。试问：（1）
7、如图乙所示可知：当开关S1闭合，S2接b时，电路处于 加热状态（填“保温”或“加热”）；（2）当开关S1闭合，S2接a时，若电路消耗功率P48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？（3）当开关S1闭合，S2接a时，调节滑片得到R1的功率随电路中电流变化的图象如图丙所示，求R1接入电阻最大时R1的功率为多少？8.某家用速热式电热水器的铭牌标明，加热功率4400W，保温功率100W，水箱容积25L；其内部结构如图所示，R1、R2是水箱中加热盘内的电热丝，水箱放满水后闭合开关S1开始加热，当水温升高到40时，温控开关S2自动切换到保温状态。（1）R1的阻值是多少？（2）如果热水器每天平均保温2
8、0h，则这台电热水器正常工作时每天因保温要消耗的电能是多少？（3）当电热水器正常工作时，加热110s，可使一整箱水温度由20上升到24，则该电热水器的效率是多少？水1.0103kg/m3，c水4.2103J/（kg），不考虑温度对电阻的影响9如图甲为某型号养生壶及其铭牌，其工作流程如图乙所示，内部电路如图丙所示。Ra和Rb是两个不同型号的热敏电阻，其阻值随温度的变化如图戊，La、Lb是两个完全相同的电磁铁。（假设电磁铁对衔铁的吸引力不会随距离的改变而改变，不考虑衔铁的弹力和重力）（1）某次熬养生茶时，养生壶在额定电压下，猛火加热10分钟，养生熬炖20分钟，计算整个过程中消耗的电能；（2）查阅资
9、料发现热敏电阻的内部结构如丁图所示，升高相同温度，金属片A与金属片B的热膨胀能力不同，若外界温度发生改变，双金属片AB会发生形变，柔性电阻也会因此发生形变而导致自身阻值变化，其中热敏电阻Ra的金属片A热膨胀能力比金属片B的热膨胀能力 （填“大”或“小”）；（3）有同学建议在Rb所在的支路中再串联一个适当阻值的定值电阻，判断其对养生壶开始养生熬炖的温度的影响，并说明理由。10如图甲所示，薄壁圆柱形容器放在水平台上，容器的底面积S容100cm2，质量均匀的圆柱体物块上表面中央用足够长的细绳系住，悬挂于容器中。以恒定速度向容器中缓慢注入水（每分钟注入100g），直至注满容器为止，细绳的拉力大小与注入
10、水时间的关系图像如图乙所示。水1g/cm3，g10N/kg，物块不吸水，忽略细绳体积、液体扰动等其它次要因素。求：（1）注入水前圆柱体物块的下表面到容器底部的距离L1。（2）物块的体积。（3）当细绳的拉力为0.9N时，水对物块下表面的压强。11国家规定燃气灶须安装熄火自动保护装置，在意外熄火（如汤水溢出）时，装置能自动关闭气路。图甲为小晨设计的模拟装置示意图，电源电压U9伏，当电磁铁线圈中的电流I0.05安时，衔铁K被释放从而关闭气路（未画出）启动保护。不计线圈电阻，热敏电阻Rt的阻值与温度的关系如图乙中图线所示。闭合开关S，问：（1）电磁铁下端的磁极为 极；（2）若温度降至80时就启动保护，
11、电路中定值电阻R0为多大？（3）现仅将Rt更换为图线所示的热敏电阻，若燃气灶熄火后，该电阻温度下降的快慢与图线所示的电阻相同，装置启动保护的灵敏度会 （选填“增强”或“降低”）。要恢复与原来相同的灵敏度，电阻R0的取值要作如何的变化？并说明理由。12如图甲所示，铅笔和羊角锤用一根细绳连接恰好能在桌子边缘静止，每次摆动羊角锤，最后都能静止如图甲，此时只有笔尖跟桌面接触，并且铅笔恰好水平。分析时可以把铅笔、羊角锤和绳子组成的整体看成一个杠杆，示意图（忽略了粗细）如图乙。假设锤头重力集中在D点，木柄重力集中在AD中点H处，F点在木柄上且处于O点正下方。羊角锤锤头质量m10.6kg，木柄质量m20.4
12、kg，铅笔和细绳质量不计。测得OB15cm，AD30cm。求：（1）O点处的笔尖受到的支持力。（2）FD的长度。13如图所示，体积为V200cm3的木块在绳子拉力F0.8N的作用下完全浸没在水中，（g10N/kg，水1.0103kg/m3，绳子重力不计）求：（1）浸没在水中木块所受的浮力； （2）木块的重力； （3）剪短绳子，木块静止时露出水面的体积为多少cm3参考答案1.解：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉，增大手和杠铃的接粗面粗糙程度，增大摩擦力；（2）杠铃的重力G杠m杠g166kg10N/kg1660N；（3）李发彬将杠铃举高的功WG杠h1660N2m3320J，李发彬将杠铃举
13、高的功率P332W；（4）李发彬对地面的压力FGmg60kg10N/kg600N，接触面积为200cm22102m2，李发彬对地面的压强p3104Pa。答：（1）举重运动员上台比赛时双手涂抹白色镁粉的目的是增大摩擦力。（2）杠铃的重力为1660N；（3）李发彬将杠铃举高的功率是332W；（4）金鸡独立时，李发彬对地面的压强是3104Pa。2.解：（1）前60s上升高度hsvt0.05m/s60s3m；拉力F做的功WF1s825N3m2475J；（2）由图知t60s前拉力F1825N，因构件从河中匀速提起，此时有F浮+F1G，t80s后拉力F21200N，此时有F2G，所以，F浮F2F11200
14、N825N375N；由F浮水gV排得构件的体积V排0.0375m3；（3）因构件完全浸没，则VV排0.0375m3；又重力G1200N，根据GmggV可得：构件的密度件3.2103kg/m32.8103kg/m3所以此构件是混凝土中带有钢铁骨架。答：（1）060s内钢丝拉力所做的功为2475J；（2）实心混凝土构件的体积为0.0375m3；（3）通过计算说明，此构件为混凝土中带有钢铁骨架。3解：（1）设甲的体积为12V，乙的体积为3V当把石块甲浸没在水中时，硬棒恰能水平位置平衡。则根据杠杆的平衡条件：（G甲F浮）AOG乙OB即：（g12V水g12V）AOg3VOB代入数据得（2.6103kg/
15、m3g12V1.0103kg/m3g12V）OA2.6103kg/m3g3VOB 由得AO：OB13：32；（2）将甲浸没在液体丙中，硬棒在水平位置再次平衡，则根据杠杆的平衡条件得：（g12V液g12V）AOg3VOC代入数据得（2.6103kg/m3g12V液g12V）OA2.6103kg/m3g3VOC 根据已知条件得：OC2OA 由得，液体丙的密度为液1.3103kg/m3答：（1）AO：OB13：32；（2）液体丙的密度是1.3103kg/m3。4.解：（1）由表格可知当F1N时，木板受到的压力F压4N，铁块对木板的压强：p2000Pa；（2）重为5.5N的铁块通过细线绕过定滑轮（不计
16、绳重和摩擦），与重为0.5N的空桶相连，将铁块放在水平木板上时，滑片恰好在滑动变阻器R2底端，此时铁块受到的压力：F压1G铁块G桶5.5N0.5N5N，此时定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路，电路的总功率P0.6W，通过电路的电流：I0.2A，所以应当将电流表0.2A的刻度改为压力5N；（3）定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路时，R1的功率记为P1，则P1I2R1（0.2A）2R1，压力为0时，滑片恰好在R2的顶端，此时电路为定值电阻的简单电路，此时R1的功率记为P2，则P2，已知P1：P21：9，即，解方程可得R15，当电流表的示数为0.5A时，根据欧姆定律可得此时电路总电阻
17、：R6，串联电路总电阻等于各部分电阻之和，则滑动变阻器接入电路的阻值：R2RR1651，定值电阻和滑动变阻器的最大电阻串联接入电路时，电路总电阻：R15，滑动变阻器的最大阻值：R2RR115510，由图乙可知弹簧的最大伸长量为5cm，弹簧受到的最大压力为5N，所以滑动变阻器的长度为5cm，当电流表的示数为0.5A时，铁块受到的压力F压5cm4.5N，空桶和沙子的总重力：GG铁块F压5.5N4.5N1N，向桶中加入细沙的重力为：G沙子GG桶1N0.5N0.5N。答：（1）若铁块的底面积为20cm2，当F1N时，铁块对木板的压强为2000Pa；（2）学习小组应当将电流表0.2A的刻度改为压力5N；
18、（3）当电流表的示数为0.5A时，向桶中加入细沙的重力为0.5N。5.解：由电路图可知，开关S1断开、S2接a时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，由P可知，电源的电压一定时，电路的总功率最小，此时为低温挡；开关S1闭合、S2接b时，R1、R2并联，电路的总电阻最小，由P可知，电源的电压一定时，电路的总功率最大，此时为高温挡；当S2接a端时，且闭合S1，只有R1接入电路，此时为中温挡，（1）低温挡工作时，由PUI得，电路中的电流：I10.1A；（2）当S1闭合、S2在a时，为中温挡，由P可得：R11100；当S1断开、S2在a时，为低温挡，由P可得：R总2200；根据串联电路的总电阻等于各分电
19、阻之和可知：R2R总R1220011001100；（3）当S1闭合S2在b时，为高温挡：则：P388W。答：（1）低温挡工作时，电路中的电流为0.1A；（2）R1和R2的阻值都是1100；（3）高温挡功率P3为88W。6解：（1）由电路图可知，R1和R0串联，由图象可知，当R1温度为40时，其阻值R1180，因电磁铁线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸合，使“浴霸”电路断开，所以，电路中的最小电流I150mA0.05A，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以R总R1+R0180+20200；因此，控制电路的最小电压为：U1I1R总0.05A20010V；（2）取临界情况，当电流为
20、I50mA0.05A时，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，由I可得总电阻：R1+R0240，则R1240R024020220，由图可得对应的温度为30；当电流为I40mA0.04A时，此时的总电阻：R1+R0300，则R1300R030020280，由图可得对应的温度为22；所以，室内温度可控制在2230范围内。答：（1）若浴室中的温度不得超过40，则控制电路的电源电压U1最小值是10V；（2）若电源U1电压恒定为12V，则将此装置放在浴室内，浴室内温度可控制的范围为2230。7解：（1）当开关S1闭合、S2接b时，电路为R2的简单电路；开关S1断开、S2接a时，两电阻串联；根据电阻的
21、串联规律可知，串联电路的总电阻大于其中任一电阻，根据PUI可知，当开关S1闭合、S2接b时，总电阻最小，电功率最大，为加热状态；（2）开关S1断开、S2接a时，两电阻串联，电路处于保温状态时，等效电路图如下图所示：由PUI得电路的总电阻：R1000，则根据串联电路的电阻特点可得R1连入电路的阻值：R1RR21000400600；（3）当电路处于保温状态且R1接入电阻最大时，电路中的电流最小，由图丙可知，最小电流为：I最小0.05A，则此时总功率为：P总UI最小220V0.05A11W，此时R2的功率：P2I最小2R2（0.05A）24001W，所以，滑动变阻器消耗的电功率：P滑P总P211W1
22、W10W。答：（1）加热；（2）当电路处于保温状态时，若电路消耗功率P48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为400；（3）当电路处于保温状态时，调节滑片得到R1的功率随电流变化的图象如图丙所示，R1接入电阻最大时R1的功率为10W。8.解：（1）由P知，当开关S2接a时，热水器出于保温挡，则电路的总功率为RaR1+R2484，当开关S2接b时，热水器出于加热档，则电路的总功率为RbR211，所以，R1的阻值为：R1RaRb48411473；（2）热水器每天保温20h，热水器消耗的电能为：WP保温t100W206060s7.2106J；（3）水箱容积为25L，由密度公式得，水箱装满水时，水的
23、质量为：m水水V1.0103kg/m325103m325kg，一整箱水温度由20上升到24时，水吸收的热量为：Q吸c水m水（tt0）4.2103J/（kg）25kg（2420）4.2105J，热水器加热用时110s，则热水器消耗的电能为WP加热t4400W110s4.84105J，该电热水器的效率为：86.8%。答：（1）R1的阻值为473；（2）热水器每天保温20h，热水器消耗的电能为7.2106J；（3）电热水器的效率约为86.8%。9解：（1）由题可知，额定电压U220V，R148.4，R2121，猛火加热的时间t110min600s，养生熬炖的时间t220min1200s，猛火加热时，
24、R1、R2并联同时工作，消耗的电能W1600s600s8.4105J，养生熬炖时只有R2工作，消耗的电能W21200s4.8105J，整个过程中消耗的电能为：WW1+W28.4105J+4.8105J1.32106J，（2）根据丁图可知，金属片A在上为主动层，金属片B在下为被动层，因此热敏电阻Ra的金属片A热膨胀能力比金属片B的热膨胀能力大；（3）在Rb所在的支路中再串联一个适当阻值的定值电阻，会使养生壶开始养生熬炖的温度降低，理由是：当70时，RaRb，此时通过La与Lb的电流相同，在Rb所在的支路中串联一个电阻，通过Lb的电流小于La的电流，电磁铁La吸引衔铁，使得电路中只有R2工作，养生
25、壶此时（70）开始养生熬炖，所以可以实现降低养生熬炖的开始温度。故答案为：（1）整个过程中消耗的电能为1.32106J。（2）大。（3）降低。当70时，RaRb，此时通过La与Lb的电流相同，在Rb所在的支路中串联一个电阻，通过Lb的电流小于La的电流，电磁铁La吸引衔铁，使得电路中只有R2工作，养生壶此时（70）开始养生熬炖，所以可以实现降低养生熬炖的开始温度。10解：（1）每分钟注入100g水，分析图象可知，第4min时，水面刚好接触物块下底面，注水质量为400g，则水的体积为：V1400cm3；水的深度为：L14cm；（2）物块的重力等于开始时的拉力，即：G物2.4N，则m物0.24kg
26、，第7min时水面刚好与物块的上表面相平，则F浮G物F2.4N0.4N2N，根据阿基米德原理可知：物体的体积为：V物V排2104m3200cm3，（3）从第4min到第7min注水质量为300g，根据密度公式可知注水体积V2300cm3；细绳拉力不为零，说明细绳一直处于拉直状态，物块位置没有移动，V物+V2S容h物，代入数据得：h物5cm；则：S物40cm24103m2，当细绳拉力为0.9N时，F浮G物F1.5N，即为水对物块底面的压力F压；则水对物块下表面的压强为：p375Pa；答：（1）注水前圆柱体物块的下表面到容器底部的距离L1为4cm；（2）物体的体积为200cm3；（3）当细绳的拉力
27、为0.9N时，水对物块下表面的压强为375Pa。11解：（1）由图甲可知，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，由安培定则可知，电磁铁下端的磁极为N极，上端是S极；（2）若温度降至80时就启动保护，由题意可知，此时电路中的电流I0.05A，由图乙可知，Rt100，由I可得，电路的总电阻R总180，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中定值电阻R0R总Rt18010080；（3）装置启动保护时，电路中的电流为I0.05A不变，电路的总电阻不变，热敏电阻的阻值不变，由图乙可知，热敏电阻的阻值相同时，热敏电阻比热敏电阻对应的温度较低，即热敏电阻降的温度更低，装置才能启动保护，所以，仅将Rt更换
28、为图线所示的热敏电阻后，装置启动保护的灵敏度会降低；要恢复与原来相同的灵敏度，应提高热敏电阻对应的温度，此时其对应的阻值减小，在装置启动保护时总阻值不变的情况下，应增大定值电阻R0的阻值。答：（1）N；（2）若温度降至80时就启动保护，电路中定值电阻R0为80；（3）降低；电阻R0的取值要增大，理由是要恢复与原来相同的灵敏度，就要提高热敏电阻对应的温度，此时其对应的阻值减小，在装置启动保护时总阻值不变的情况下，应增大定值电阻R0的阻值。12解：（1）羊角锤锤头质量：m10.6kg，木柄质量：m20.4kg，因铅笔和细绳质量不计，故整个装置的重力：Gmg（m1+m2）g（0.6kg+0.4kg）
29、9.8N/kg9.8N；笔对O点的压力大小：F压G9.8N，根据力的相互性，O点处的笔尖受到的支持力为：FF9.8N；（2）方法一：杠杆的示意图如下图所示，O为支点，阻力：G2m2g，由数学知识，阻力臂：L2ORHFcosFHS，动力：G1m1g，动力臂：L1OTFDcosFHS，根据杠杆的平衡条件G1L1G2L2；而HF（FD），故m1gFDcosFHSm2g（FD）cosFHSm2g（FD）cosFHS，故FD15cm15cm6cm。方法二：根据杠杆平衡条件得：F1L1F2L2，则，解得：FD6cm。答：（1）O点处的笔尖受到的支持力为9.8N。（2）FD的长度为6cm。13解：（1）木块
30、体积V200cm32104m3，所以木块完全浸没在水中时V排V2104m3，木块受到的浮力为F浮水gV排1.0103kg/m310N/kg2104m32N；（2）木块在绳子拉力的作用下静止在水中，受到竖直向下的重力和拉力、竖直向上的浮力作用；所以G木+FF浮，则G木F浮F2N0.8N1.2N；（3）剪断绳子，因为F浮G木，所以木块上浮，静止时会漂浮在水面上，漂浮时木块受到的浮力等于自身重力，即F浮G木，根据阿基米德原理可得水V排gG木所以排开水的体积V排1.2104m3，木块静止时露出水面的体积：V露VV排2104m31.2104m30.8104m3。答：（1）木块此时受到浮力为2N。（2）木块的重力为1.2N。（3）剪断绳子，木块静止时露出水面的体积为0.8104m3。19
