九年级物理 综合与应用专题讲解
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综合与应用专题讲解
命题特色
综合与应用类考题，强调的是“综合”、“应用”，所谓“综合”就是一道考题涉及到的知识点不止一个；所谓“应用”就是命题背景来源于工农业生产和日常生活，体现“从物理走向社会”的新课程理念。
综合与应用类考题，既可以存在于作图、实验探究、说理、计算等题型之中，也可以是一种独立的题型，它能很好地考查学生的综合能力、应用能力，体现考生的综合素质。
解题要领
要顺利解答综合与应用类考题，必须注意以下几方面问题：
（1）综合与应用类考题涉及到的知识点较多，命题背景、已知条件纷繁复杂，我们一定要耐心读题，理顺已知和待求，切忌马虎、草率。
（2）综合与应用类考题一般以生产生活的实际场景为命题背景，信息量较大，我们要善于剔除具体情景，建立物理模型，善于提取信息，进行分类梳理，保留有用信息，排除干扰信息。
（3）对筛选出来的有用信息，我们要进行适当的加工，然后结合所学知识，有理有据地分析、推理或计算出问题的正确答案，就像烧制一盘杂烩，原料准备好之后，还要善于烹制，才能色、香、味俱全。
三、典型考例
1．力电综合型简述题
例1（2010年崇左市）有一种自动测定油箱内油面高度的装置如图1所示，油量表是由电流表改装而成的，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端。从油量表指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度或存油量，请简要说明它的工作原理。
解析 该自动测定油箱内油面高度的装置，既涉及到力学知识（杠杆、浮力），又涉及到电学知识（欧姆定律），要顺利说明其工作原理，需要同学们具有较强的综合应用能力。
当油面升高时，浮子的位置跟着升高，在杠杆作用下，金属滑片向下滑动，导致变阻器连入电路的阻值变小，根据欧姆定律I=，U、R′一定，R减小，I增大，电流表示数变大，把电流表表盘的刻度转换成油面高度或油箱内油的体积就可以知道油箱内的存油量。
思考：连接浮子与杠杆的连线，是用硬棒还是软线？电路中R′的作用是什么？
2．力电综合型公式推导题
例2（2010年十堰市）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫磁能量密度，其值为Ｂ２/2u，式中Ｂ是描述磁场强弱的物理量，u为常数，为了近似地测量条形磁铁端面附近的Ｂ，王华用一根端面面积为Ａ的条形磁铁吸住相同面积的铁片Ｐ，再用力将铁片拉开微小的距离△Ｌ，并测出拉力的值为Ｆ，如图2所示。已知力Ｆ所做的功等于△Ｌ间隙中磁场的能量，则Ｂ＝ 。
解析 这既是一道信息给予题，又是一道力电综合题，要顺利推导出“B”的表达式，必须熟悉力学中“功”的知识和有关的电磁学知识。
已知磁铁端面面积A、磁铁端面与铁片之间的距离△L，不难求得磁铁端面与铁片之间的空间体积为V=A·△L ，根据题给“磁能量密度”的定义可得，体积为A·△L的磁场空间里具有的磁场能量是E=A·△L·B2/2u 。
拉力F移动△L距离，所做的功为W=F·△L，依题意它应等于A·△L磁场空间里具有的磁场能量，即有W=E，F·△L = A·△L·B2/2u ，B=。
3．计算与推理综合题
例3（2010年湘潭市）小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图3甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连，指示灯的接线柱D应与接线柱 相连（均选填“A”或 “B”）。
（3）图甲中线圈下端P的磁极是 极（选填“N”或“S”）。
（4）请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警。
解析 本题从形式上看，由填空和计算两部分构成。无论是完成填空还是计算，都必须充分挖掘电路图和坐标图像带给我们的信息，灵活运用相关电磁学知识才能完成。
（1）观察图乙可知，t=40℃时，R=70Ω，环境温度t升高时，热敏电阻R的阻值将减小。R减小时，图3甲的控制电路中电流增大，继电器中电磁铁的磁性将增大。
（2）继电器的上触点接触、下触点分离时，要指示灯亮，就必须用导线将A、D两接线柱连接起来；继电器的下触点接触、上触点分离时，要警铃响，就必须用导线将B、C两接线柱连接起来。
（3）由流过电磁铁中的电流方向，根据安培定则不难判断线圈下端P是S极。
（4）要警铃报警，电磁铁必须将衔铁吸下来，线圈中的电流必须大于等于50mA，我们来计算这时热敏电阻R连入电路的阻值范围。
I=，R≤30Ω。查图3乙可知，当环境温度t≥80℃时警铃报警。
4．计算与改进综合题
例4（2010年楚雄市）随着社会和科技的发展，小汽车已进入寻常百姓家。如图4所示是一种测量小汽车油箱内油量装置的原理图，它主要由压力传感器R（电阻值随所受压力变化而变化）、油量表A（由电阻可忽略不计的电流表改装而成）、电源等组成电路。压力传感器R在一定范围内的电阻与所受压力的关系如下表所示，油箱位于压力传感器上，压力传感器R的上表面面积为5cm2,电源电压为6V。
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
压敏电阻R/Ω 500 380 310 245 200 170 150 …
（1）当油箱和油总重为500N时，压力传感器R上搜到的压强为多大？
（2）若油箱的质量为8.7kg，当油量表示数为3×10－2m3时，电路中的电流是多大？（ ρ汽油=0.71×103㎏/m3）
（3）请指出该电路设计中的不足，并提出你的改进意见。
解析 显示油箱里油量的多少，不一定要使用图1那样用滑动变阻器改变电路中电流的电路，也可以使用图4这样采用压敏电阻改变电路中电流的电路。了解了两种显示油量的电路，我们的思维被激活了，我们的眼界更开阔了。
（1）油箱和油的总重G大小上等于油箱对压力传感器的压力F，即F=G=500N，压力传感器R的上表面面积S=5cm2=5×10－4m2, 此时R上能搜到的压强为。
（2）体积V=3×10－2m3的汽油质量为m油=ρV=0.71×103㎏/m3×3×10－2m3=21.3kg。汽油和油箱的总质量m=m油＋m箱=21.3kg＋8.7kg=30kg，总重力G=mg=30kg×10N/kg=300N。查表可知F=300N时，R=150Ω。此时电路中的电流I=。
（3）通过上面的计算，我们可以看出当油箱里油量较小时，电路中的电流是很小的，为准确显示油量，该电路中必须采用小量程电流表。
当油箱内油量增多，压力达到一定值时，压力传感器的电阻很小，这使得电路中电流很大（甚至发生短路），很容易超过电流表（油量表）的量程，甚至烧毁电流表。
改进方法：在电路中串联一个阻值合适的定值电阻。
5．计算与判断、说理综合题
例5（2010年武汉市）图5是一种煲汤用的电热锅工作原理图，其中温控器的作用是每当水沸腾后能自动断电一段时间。电热锅的部分参数如下表所示。
容积 4.5L
额定电压 220V
保温功率 80W
加热功率 500W
⑴三脚插头上标着E的导线和 相连，插座上相应的导线和 相连。
⑵调节切换开关可以使电热锅处于“关、高温、自动、保温”四种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点“ ”时为保温档。小明发现，当电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是 。
⑶该电热锅处于高温档正常工作时，使4.5L的水温度升高54℃需要42min，那么电热锅的效率为多少？
解析 ⑴三脚插头上标着E的导线应跟用电器的金属外壳相连，在插座里跟E导线相对应的导线则接地（跟大地相连）。
⑵切换开关分别连接触点1、2、3、4时，电热锅分别处于高温、自动、保温、关四种工作状态。电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是保温功率小于(或等于)散热功率。
⑶电热锅的效率等于水升温吸收的热量Q吸与消耗的电能（即电流所做的功）W之比。
。
6．计算与设计综合题
例6（2010年南充市）设计一个简单的电路，可选用的器材有：直流电源、定值电阻、滑动变阻器、小灯泡、开关和若干导线。要求：电源电压为9V且保持不变，滑动变阻器的滑片无论怎样滑动，都能使标有“5V 5W”字样的小灯泡的实际功率在1.25W～5.0W范围内变化（不考虑温度对电阻的影响）。请根据要求：
（1）画出你设计的电路图。
（2）试确定定值电阻的阻值和滑动变阻器的最大阻值。
解析 （1）将“5V 5W”的小灯泡、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联在9V电源的两端，如图6所示，只要定值电阻的阻值、滑动变阻器的最大阻值恰当，就能使灯泡的功率在1.25W～5.0W范围内变化。
（2）当滑片P滑至最左端时，变阻器连入电路的电阻为0，此时电路中电阻最小，电流最大，灯泡最亮，其实际功率应为5W，此时灯泡正常发光，电路中的电流I=，定值电阻的阻值R1=。
灯泡电阻RL=。P滑至最右端时，电路中电阻最大，电流最小，灯泡的实际功率也最小PL=1.25W。PL=I2RL，I=。而根据欧姆定律I=，变阻器的最大阻值为R2=9Ω。
图1
图2
图3
图4
图5
图6
命题特色
综合与应用类考题，强调的是“综合”、“应用”，所谓“综合”就是一道考题涉及到的知识点不止一个；所谓“应用”就是命题背景来源于工农业生产和日常生活，体现“从物理走向社会”的新课程理念。
综合与应用类考题，既可以存在于作图、实验探究、说理、计算等题型之中，也可以是一种独立的题型，它能很好地考查学生的综合能力、应用能力，体现考生的综合素质。
解题要领
要顺利解答综合与应用类考题，必须注意以下几方面问题：
（1）综合与应用类考题涉及到的知识点较多，命题背景、已知条件纷繁复杂，我们一定要耐心读题，理顺已知和待求，切忌马虎、草率。
（2）综合与应用类考题一般以生产生活的实际场景为命题背景，信息量较大，我们要善于剔除具体情景，建立物理模型，善于提取信息，进行分类梳理，保留有用信息，排除干扰信息。
（3）对筛选出来的有用信息，我们要进行适当的加工，然后结合所学知识，有理有据地分析、推理或计算出问题的正确答案，就像烧制一盘杂烩，原料准备好之后，还要善于烹制，才能色、香、味俱全。
三、典型考例
1．力电综合型简述题
例1（2010年崇左市）有一种自动测定油箱内油面高度的装置如图1所示，油量表是由电流表改装而成的，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端。从油量表指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度或存油量，请简要说明它的工作原理。
解析 该自动测定油箱内油面高度的装置，既涉及到力学知识（杠杆、浮力），又涉及到电学知识（欧姆定律），要顺利说明其工作原理，需要同学们具有较强的综合应用能力。
当油面升高时，浮子的位置跟着升高，在杠杆作用下，金属滑片向下滑动，导致变阻器连入电路的阻值变小，根据欧姆定律I=，U、R′一定，R减小，I增大，电流表示数变大，把电流表表盘的刻度转换成油面高度或油箱内油的体积就可以知道油箱内的存油量。
思考：连接浮子与杠杆的连线，是用硬棒还是软线？电路中R′的作用是什么？
2．力电综合型公式推导题
例2（2010年十堰市）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫磁能量密度，其值为Ｂ２/2u，式中Ｂ是描述磁场强弱的物理量，u为常数，为了近似地测量条形磁铁端面附近的Ｂ，王华用一根端面面积为Ａ的条形磁铁吸住相同面积的铁片Ｐ，再用力将铁片拉开微小的距离△Ｌ，并测出拉力的值为Ｆ，如图2所示。已知力Ｆ所做的功等于△Ｌ间隙中磁场的能量，则Ｂ＝ 。
解析 这既是一道信息给予题，又是一道力电综合题，要顺利推导出“B”的表达式，必须熟悉力学中“功”的知识和有关的电磁学知识。
已知磁铁端面面积A、磁铁端面与铁片之间的距离△L，不难求得磁铁端面与铁片之间的空间体积为V=A·△L ，根据题给“磁能量密度”的定义可得，体积为A·△L的磁场空间里具有的磁场能量是E=A·△L·B2/2u 。
拉力F移动△L距离，所做的功为W=F·△L，依题意它应等于A·△L磁场空间里具有的磁场能量，即有W=E，F·△L = A·△L·B2/2u ，B=。
3．计算与推理综合题
例3（2010年湘潭市）小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图3甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连，指示灯的接线柱D应与接线柱 相连（均选填“A”或 “B”）。
（3）图甲中线圈下端P的磁极是 极（选填“N”或“S”）。
（4）请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警。
解析 本题从形式上看，由填空和计算两部分构成。无论是完成填空还是计算，都必须充分挖掘电路图和坐标图像带给我们的信息，灵活运用相关电磁学知识才能完成。
（1）观察图乙可知，t=40℃时，R=70Ω，环境温度t升高时，热敏电阻R的阻值将减小。R减小时，图3甲的控制电路中电流增大，继电器中电磁铁的磁性将增大。
（2）继电器的上触点接触、下触点分离时，要指示灯亮，就必须用导线将A、D两接线柱连接起来；继电器的下触点接触、上触点分离时，要警铃响，就必须用导线将B、C两接线柱连接起来。
（3）由流过电磁铁中的电流方向，根据安培定则不难判断线圈下端P是S极。
（4）要警铃报警，电磁铁必须将衔铁吸下来，线圈中的电流必须大于等于50mA，我们来计算这时热敏电阻R连入电路的阻值范围。
I=，R≤30Ω。查图3乙可知，当环境温度t≥80℃时警铃报警。
4．计算与改进综合题
例4（2010年楚雄市）随着社会和科技的发展，小汽车已进入寻常百姓家。如图4所示是一种测量小汽车油箱内油量装置的原理图，它主要由压力传感器R（电阻值随所受压力变化而变化）、油量表A（由电阻可忽略不计的电流表改装而成）、电源等组成电路。压力传感器R在一定范围内的电阻与所受压力的关系如下表所示，油箱位于压力传感器上，压力传感器R的上表面面积为5cm2,电源电压为6V。
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
压敏电阻R/Ω 500 380 310 245 200 170 150 …
（1）当油箱和油总重为500N时，压力传感器R上搜到的压强为多大？
（2）若油箱的质量为8.7kg，当油量表示数为3×10－2m3时，电路中的电流是多大？（ ρ汽油=0.71×103㎏/m3）
（3）请指出该电路设计中的不足，并提出你的改进意见。
解析 显示油箱里油量的多少，不一定要使用图1那样用滑动变阻器改变电路中电流的电路，也可以使用图4这样采用压敏电阻改变电路中电流的电路。了解了两种显示油量的电路，我们的思维被激活了，我们的眼界更开阔了。
（1）油箱和油的总重G大小上等于油箱对压力传感器的压力F，即F=G=500N，压力传感器R的上表面面积S=5cm2=5×10－4m2, 此时R上能搜到的压强为。
（2）体积V=3×10－2m3的汽油质量为m油=ρV=0.71×103㎏/m3×3×10－2m3=21.3kg。汽油和油箱的总质量m=m油＋m箱=21.3kg＋8.7kg=30kg，总重力G=mg=30kg×10N/kg=300N。查表可知F=300N时，R=150Ω。此时电路中的电流I=。
（3）通过上面的计算，我们可以看出当油箱里油量较小时，电路中的电流是很小的，为准确显示油量，该电路中必须采用小量程电流表。
当油箱内油量增多，压力达到一定值时，压力传感器的电阻很小，这使得电路中电流很大（甚至发生短路），很容易超过电流表（油量表）的量程，甚至烧毁电流表。
改进方法：在电路中串联一个阻值合适的定值电阻。
5．计算与判断、说理综合题
例5（2010年武汉市）图5是一种煲汤用的电热锅工作原理图，其中温控器的作用是每当水沸腾后能自动断电一段时间。电热锅的部分参数如下表所示。
容积 4.5L
额定电压 220V
保温功率 80W
加热功率 500W
⑴三脚插头上标着E的导线和 相连，插座上相应的导线和 相连。
⑵调节切换开关可以使电热锅处于“关、高温、自动、保温”四种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点“ ”时为保温档。小明发现，当电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是 。
⑶该电热锅处于高温档正常工作时，使4.5L的水温度升高54℃需要42min，那么电热锅的效率为多少？
解析 ⑴三脚插头上标着E的导线应跟用电器的金属外壳相连，在插座里跟E导线相对应的导线则接地（跟大地相连）。
⑵切换开关分别连接触点1、2、3、4时，电热锅分别处于高温、自动、保温、关四种工作状态。电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是保温功率小于(或等于)散热功率。
⑶电热锅的效率等于水升温吸收的热量Q吸与消耗的电能（即电流所做的功）W之比。
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6．计算与设计综合题
例6（2010年南充市）设计一个简单的电路，可选用的器材有：直流电源、定值电阻、滑动变阻器、小灯泡、开关和若干导线。要求：电源电压为9V且保持不变，滑动变阻器的滑片无论怎样滑动，都能使标有“5V 5W”字样的小灯泡的实际功率在1.25W～5.0W范围内变化（不考虑温度对电阻的影响）。请根据要求：
（1）画出你设计的电路图。
（2）试确定定值电阻的阻值和滑动变阻器的最大阻值。
解析 （1）将“5V 5W”的小灯泡、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联在9V电源的两端，如图6所示，只要定值电阻的阻值、滑动变阻器的最大阻值恰当，就能使灯泡的功率在1.25W～5.0W范围内变化。
（2）当滑片P滑至最左端时，变阻器连入电路的电阻为0，此时电路中电阻最小，电流最大，灯泡最亮，其实际功率应为5W，此时灯泡正常发光，电路中的电流I=，定值电阻的阻值R1=。
灯泡电阻RL=。P滑至最右端时，电路中电阻最大，电流最小，灯泡的实际功率也最小PL=1.25W。PL=I2RL，I=。而根据欧姆定律I=，变阻器的最大阻值为R2=9Ω。
图1
图2
图3
图4
图5
图6
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