Question

【题目】在中学生创新大赛中，我市某初中参赛小组设计了一种测定风力的装置（如图甲），迎风板与压敏电阻Rx连接，工作时迎风板总是正对风吹来的方向。压敏电阻的阻值随风力变化而变化，其阻值Rx与风力F关系如图乙所示。已知电源电压恒为5V，定值电阻R＝5欧。

（1）开关闭合后，风力增加时，电压表的示数是增大还是减小？（不用说明理由）

（2）求无风时，压敏电阻的功率？

（3）如果电压表的量程为0﹣3V，求该装置所能测量的最大风力？

Answer 1

【答案】（1）电压表的示数是增大；（2）1.22W；（3）366.7N。

【解析】

（1）由甲电路图可知，R与Rx串联，电压表测R两端的电压，由图乙可知风力增大时Rx阻值的变化情况，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和电压表示数的变化；

（2）由图乙可知无风时Rx的阻值，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据P＝I2R求出压敏电阻Rx消耗的电功率；

（3）当所测风力最大时，Rx的阻值最小，电路中电流最大，则电压表的示数最大，根据欧姆定律求出电压表示数最大时电路中的电流，再根据欧姆定律求出压敏电阻的阻值，根据图乙可知该装置所能测量的最大风力。

解：（1）由电路图可知，电阻R与压敏电阻Rx串联，电压表测电阻R两端的电压，开关闭合后，风力增加时，压敏电阻Rx的阻值变小，根据串联分压原理，Rx两端的电压变小，根据串联电路电压关系可得，电阻R两端的电压变大，电压表示数增大；

（2）无风时，由图乙可知，压敏电阻Rx=7Ω，因为电阻R与压敏电阻Rx串联，所以电路中的电流，

根据P=I2R可得，压敏电阻的功率；

（3）由图象可知Rx与F图线为一次函数， ，

当F=0时，Rx=7Ω，所以 ，可得：b=7Ω，

当F=600N时，Rx=1Ω，所以，可得： ，则： ，当所测风力最大时，Rx的阻值最小，电路中电流最大，则电压表的示数最大，即UR=3V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压： ，

因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流：

，

则压敏电阻的阻值，

所以，

解得：F≈366.7N，

该装置所能测量的最大风力为366.7N。

答：（1）电压表的示数增大；（2）1.22W；（3）366.7N。