Question

5．如图所示，是红星中学九年级物理课外实践活动小组设计的风力测量仪的电路示意图，其电源电压U=3V，电路保护电阻R₁=2Ω，均匀电阻丝的阻值为R₃=3Ω，金属丝（电阻忽略不计）的上端固定在O点，下端系有一块塑料片A，当风从右向左吹动塑料片时，金属丝向左摆动并与电阻丝保持良好的接触，风力表有电压表改装而成．
（1）无风时，塑料片竖直下垂，电压表示数是多少？电路中的电流是多少？
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，电压表的示数是多少？
（3）为什么不在电路中串联电流表，把电流表改装成风力表．

Answer 1

分析 由电路图可知，R₁与R₂串联，电压表测R₂右端接入电路电阻的阻值．
（1）无风时，电压表被短路，故电压为0；电阻丝与保护电阻串联，由欧姆定律可求得电流；
（2）根据电压表内阻很及电压表的连接方式，判断出电流的流向．风力最强时，金属丝滑到最左端时，电压表测R₂上的电压，则由欧姆定律可求电压表的示数；
（3）由电路图可知，电路中的电阻不变，根据欧姆定律可知电路中的电流不变，所以无论风力大小，电流表的示数不变．

解答 解：（1）无风时，塑料片竖直下垂，此时电压表被短路，电压表的示数为0伏，R₁与R₂串联，根据串联电阻的规律和欧姆定律；电路中的电流为：I=$\frac{U}{{R}_{1}{+R}_{2}}=\frac{3V}{2Ω+3Ω}$=0.6A．
（2）由电路图可知，电压表接在变阻器的滑片上，因电压表内阻很大，所以，无论金属丝如何摆动，电流要通过全部电阻丝，即金属丝摆动时，R₂接入电路的电阻不变；
当风力最强时，电压表的示数即为R₂两端的电压；
由于R₂接入电路的电阻不变，则电路中的电流不变，即I₂=I=0.6A，
电压表的示数：U₂=I₂R₂=0.6A×3Ω=1.8V．
（3）因为无论风力大小，R₂接入电路的电阻不变，电路的总电阻不变，电源电压一定，所以电路中的电流不发生改变，不能反映风力的大小，因此接入电流表不可行．
答：（1）无风时，塑料片竖直下垂，电压表示数是0V，电路中的电流是0.6A．
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，电压表的示数是1.8V．
（3）风力变化时，接入电路中的总电阻都没有发生，电源电压一定，电路中的电流也就不会发生改变，因此接入电流表不可行．

点评 本题联系实际，考查欧姆定律、串联电路的规律的灵活应用及对实验方案的评估能力，解决本题的关键是知道金属丝的摆动时，电路中的电流大小始终不变，只改变了电压表测量的电压大小．有难度．