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初中二年级物理

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    电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具(如图).它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行.电动骑行时,蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力.下表是某型号电动自行车主要技术参数.
    (1)现很多地方用到了物理知识.请列举一例.示例:电动自行车的车座大而扁平:可减少压强,答:                                                    
    (2)行驶过程中轮胎与地面的总接触面积为0.01㎡,当你骑着该电动自行车在平直的公路上 行驶时,地面受到的压强是多大?(g取10 N/kg)
    (3)电动自行车以额定功率行驶时的工作电流是多大?
    (4)蓄电池一次充足电可储存的能量是多少焦?
    (5)若蓄电池储存能量的80%用于电动自行车行驶克服阻力做功,电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的平均阻力为40N蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶?
    (6)从环保的角度,与摩托车相比,电动自行车有什么优缺点?(各举一条)

    本题信息:2012年同步题物理计算题难度较难 来源:肖芳(初中物理)
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本试题 “电动自行车是备受人们青睐的一种交通工具(如图).它可以电动骑行,亦可以脚踏骑行.电动骑行时,蓄电池对车上电动机供电,电动机为车提供动力.下表是某型...” 主要考查您对

直流电动机

压强的大小及其计算

增大和减少压强的办法

功的计算公式的应用

电功率的计算公式的变形

焦耳定律及计算公式

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 直流电动机
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电动机的原理:
工作原理 直流电动机是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的,它在工作时将电能转化为机械能
基本构造 直流电动机主要由两部分组成,即能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里,能够转动的部分叫转子,固定不动的部分叫定子,电动机工作时,转子在定子中飞快地转动。如图所示
能量转化 电能转化为机械能
换向器  (1)构造:由两个铜制半球环构成
(2)作用:能自动地改变线圈中的电流方向,使线圈能连续转动
优点 构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小,价格便宜、无污染

直流电动机和交流电动机的比较:
直流电动机 交流电动机
构造 相同 均由磁体,线圈组成
不同
需要换向器(两个半铜环),外电路上有电源

用两个铜环和电刷连接电路,外电路上无电源
原理 相同 均受磁场方向影响
不同 磁场对通电线圈的作用 电磁感应现象
用途 相同 两者一起帮助人类利用水能、内能、核能等
不同 电能转化为机械能机械能 转化为电能
补充:区别电动机与发电机,要分清是运动产生电,还是通电后运动,从而确定电能与机械能的转化;装置方面一个有电源,一个没有电源,电动机是通电产生运动,所以有电源的是电动机,没电源的是发电机。

直流电动机不转或转速过小的原因:
     安装直流电动机模型时,线圈不转的原因主要有电路开路、磁铁无磁性和线圈处于平衡位置等几种情况。转速过小是因为电流小或磁性弱。

例1正确连接好直流电动机模型的电路后,合上开关,电动机不转,试列出可能产生故障的原因及相应排除故障的方法。
(1)____,排除故障的办法____;
(2)____,排除故障的办法____;
(3)____,排除故障的办法____。

解析:通电线圈在磁场作用下才能运动,如果磁铁失去磁性,电动机就不会转动。电动机靠换向器改变线圈中电流方向,使线圈连续转动,但若换向器接触不良,则不能使线圈连续转动。线圈通过平衡位置时靠的是惯性,但线圈如果原来是静止在平衡位置的,那么线圈将保持静止的状态。

答案:(1)磁铁无磁性   更换磁铁(2)线圈处于平衡位置  让线圈转过平衡位置(3)电刷与换向器接触不良 可压紧电刷与换向器

用控制变量法判断通电导体在磁场中受力情况:
      通电导体在磁场中受力情况的判定常与电动机原理对应结合,通电导体在磁场中受力方向与磁场方向和电流方向有关:

例如图所示,导体放入(a)图磁场中的受力方向已经标出,请在(b)图、(c)图上标出它的受力方向。

解析:通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁感线方向都有关系。
比较图(a)、(b):磁感线方向相同,都是垂直纸面向里,电流方向相反,受磁场力方向也应相反,(a)图向左,则(b)图向右。
比较图(b)、(c):电流方向相同而磁场方向相反,受到磁场力的方向也应该相反,因(b)图水平向右,所以(c)图应水平向左。

答案:如图甲、乙


计算公式:
P=F/S,式中p单位是:帕斯卡,简称:帕,1帕=1牛/米2,压力F单位是:牛;受力面积S单位是:米2
对压强公式的理解:
1.此公式适用于任何情况,即固体、液体、气体的压强计算都可用此公式。

2.此公式中各物理量单位分别是p→Pa、F→N、s→m2。在计算物体的压强时,只有当F的单位为N,S 的单位为m2时,压强的单位才能是Pa,因此在计算中必须统一单位。

3.一张报纸平放时对桌子的压强约0.5Pa。成人站立时对地面的压强约为1.5×104Pa,它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚的压力为1.5× 104N。

4.公式中的,是压力而不是重力。即使在某些情况下,压力在数值上等于物体所受的重力,也不应把公式直接写成,而应先注明F=G得:

5.公式中的受力面积S,是指受力物体发生形变的那部分面积,也就是两物体的实际接触面积,而不一定是受力物体的表面积。如图所示,一个圆台形物体置于水平地面上,分别采用A、B两种方式放置,对地面的压力不变,但图A中受力面积是S2,图B中受力面积为S1,而它们都与水平地面的面积大小无关。

6.  由公式推导出F=pS和可用于计算压力和受力面积的大小。

巧用求柱体压强:
  将一密度均匀、高为h的圆柱体放在水平桌面上,桌面受到的压强,所圆柱体(包括长方体、正方体等)产生的压强,只与固体的密度和高度有关,而与固体的重力、体积和底面积因素无关,应用公式就给解这类题带来很大方便。
例1如图所示,两圆柱形铁柱的底面半径之比是 3:1,高度相同,则它们对水平地面的压强之比为(   )

A.3:1B.1:3C.1:1D.9:l
解析:本题是分析圆柱体的压强,可直接利用公式进行分析。因为两圆柱体的密度相同、高度相同,所以压强相同,选项C正确。
答案:C

增大压强的方法:①当压力一定时,减小受力面积②当受力面积一定时,增大压力③同时增大压力和减小受力面积;

减小压强的方法:①当压力一定时,增大受力面积②当受力面积一定时,减小压力③同时减小压力和增大受力面积。
增大和减小压强在实际生活中的应用:
1.增大压强
(1)刀斧、切削T具的刀都是磨的很薄,钉子、针、锯齿等的尖端加工得很尖等,这些都是用减小受力面积的办法增大压强的。
(2)刹车时必须用力握住车闸;农民犁地时为了犁的深些往往找个人站在犁耙上等都是用增大压力的办法来增大压强的。

2.减小压强
(1)高楼大厦的墙基很宽、坦克和履带式拖拉机、载重汽车装有很大的轮子、铁轨下铺上枕木、滑雪时穿上滑雪板、在烂泥地上铺木板等都是采用增大受力面积的方法来减小压强。
(2)现代建筑中,广泛采用空心砖来减小对地基的压力等是采用减小压力的办法来减小压强。
应用:
利用功的计算公式加计算:F或S,F=W/s,s=W/F。
转换思想求功的大小 :
“转换思想方法”求功的大小。公式W=Fs中的s 必须是在力的方向通过的距离,而且F的大小一直保持不变,能运用功的公式求解,当作用在物体上的力的大小总在发生改变,则在求解功的时候注意不能直接利用公式W=Fs,应转换思想。如:平放在地上的一根均匀木料,现用一总垂直木料方向的力将它抬到竖直为止,则至少要做多少功?由于抬木料的力的大小、方向总在发生改变,而且木料通过的距离也不完全在力的方向上,故无法直接应用公式求解。我们根据功的原理可知:使用任何机械都不省功,则对物体所做的功等效于将物体重心提高所做的功,即可求解。
例:小明同学用一个距离手3m高的定滑轮拉住重100N的物体,从滑轮正下方沿水平方向移动4m如图所示,若不计绳重和摩擦,他至少做功(   )

A.200JB.300J C.400JD.500J

解析:本题中由于不计绳重和摩擦,属于理想机械,可使用功的原理进行求解。人站在M处时,绳长3m,当人走到N处时,此时的绳长由勾股定理可知为5m,也就是说人从M点走到N点拉下的长度为2m,即物体上升的高度h=2m。小明对绳做功至少是克服物重G所做的功,即W=Gh=100N×2m=200J。
答案:A

解读电功率的计算公式:
     电功率的四个表达式:(1)定义式:P=W/t。(2)反映电学特点的普适式P=UI。与欧姆定律结合后得到的(3)式P=I2R。(4)式P=U2/R。
     电功率是反映电能消耗快慢的物理量,定义为1秒钟内消耗电能的多少,因此,用所消耗的电能除以消耗这些电能所用的时间,就得到定义式P=W/t。 

     经实验研究证明,电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积,即P=UI。电压和电流是电路中最重要的物理量。有电压才可能有电流。电能是通过电荷有规律的运动转化成其它形式的能量的,电荷有规律的运动就形成电流。没有电流就不会消耗电能,当然也就不会有电能转化为其它形式的能量。所以,P=UI广泛应用于电功率的计算。
    
    与欧姆定律结合得到的(3)式P=I2R、(4)式P=U2/R适用于纯电阻电路。因为,欧姆定律反映的是导体中的电流与导体两端电压和导体电阻之间的关系,是在纯电阻电路中得出的,所以,它只适用于纯电阻电路。如:白炽灯、电阻、电热器等,不适用于含电动机的电路和输变电电路的计算。由于串联电路中电流处处相等,所以在串联电路中,使用(3)式P=I2R分析和计算方便。在并联电路中,各支路两端电压相等,所以用(4)式P=U2/R分析和计算方便。通过对近几年的中考命题分析,除了含电动机电路的电功率计算外,其它全是纯电阻电路。在纯电阻电路中,四个计算公式通用,可根据具体情况选择方便的公式进行运用。

巧用电阻不变求实际功率:
      由用电器铭牌上的U、P,求出电阻。即由P= ,解出R=;由于电阻是不变的物理量,当求不同电压的实际功率时,可依据求得。
例1:如图所示,电源电压不变,灯L1标有“6V 3W”字样。当S、S1均闭合时,L1正常发光,的示数是____V。若闭合S、断开S1的示数是0.3A,则L2的实际功率为__W。

解析:当S、S1均闭合时,L2被短路,此时L1正常发光,所以电压表示数等于6V。当闭合S,断开S1 时,灯L1、L2串联。灯L1电阻。灯L1两端电压,所以灯L2的实际功率
答案:6  0.72


焦耳定律:
1. 定义:电流通过导体时所产生的热量Q,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。

2. 公式:Q=I2Rt,适用范围:任何电路。

探究方法:
控制变量法:
(1)控制电流和电阻相同,研究电热与通电时间的关系
(2)控制通电时间和电阻不变,改变电流的大小,研究电热与电流的关系
(3)控制通电时间和电流不变,改变电阻大小,研究电热与电阻的关系

串并联电路电热关系:

串联电路中,电热之比等于电阻之比,
(根据Q=I2Rt)
并联电路中,电热之比等于电阻的反比(或倒数比),即(根据:

“焦耳定律”中的控制变量法:
     焦耳定律的实验运用了控制变量法,当两段电阻串联时,控制电流和通电时间相同,得出电流产生的热量与电阻大小有关,当两电阻并联时,控制电阻和通电时问不变,得出电流产生的热量与电流大小有关。
例:小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究 “导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油,烧瓶A中浸泡着一段铜丝,电阻较小;烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝,电阻较大,温度计显示煤油的温度。

(1)为保证实验科学合理,两个烧瓶中所装煤油的质量应该____。
(2)实验中,小字和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明:在电流和通电时间相同的情况下,导体的电阻越大,产生的热量______。

解析:(1)利用控制变量法在探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”时应控制其他因素不变,如煤油的质量,相同的烧瓶,相同的温度计等。
(2)B瓶中温度计升高得快,说明相同时间内煤油吸收的热量多,由于镍铬合金丝电阻大于铜丝电阻,所以在电流和通电时间相同时,导体电阻越大,产生的热量越多。

答案(1)相同(或相等或一样)(2)越大(或越多)


为什么电炉工作时“电炉丝热得发红而导线却不怎么热” :
      由于电炉丝和导线串联在电路中,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多,根据 “在电流相等的条件下,电能转化成热时的功率跟电阻成正比”,Q=I2Rt可知,在通电时间相同时,电流通过电炉产生的热量比电流通过导线产生的热量要多得多.所以电炉丝热得发红,而导线却不怎么热。


发现相似题
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