Question

【题目】某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图甲所示．迎风板与一轻质弹簧一端连接，穿在光滑的金属杆上，弹簧由绝缘材料制成，均匀金属杆的阻值随长度均匀变化，工作时迎风板总是正对风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆 M 端相连，右端导线接在迎风板上 N 点并可随迎风板在金属杆上滑动，两端导线与金属杆均接触良好。已知电源电压恒为 4.5V，定值电阻 R=1.0Ω．金属杆接入电路中的电阻 Rx 与迎风板所承受风力 F 的关系如图乙所示．

（1）若在电路中接人一个电压表，使电压表示数随风力的增大而增大，请在图甲中适当位置画出电压表；

（2）无风时，求电压表的示数；

（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）

（2）1V

（3）720N

【解析】

(1)要使电压表示数随风力的增大而增大，电压表应与定值电阻R并联，如下图甲所示；

(2)无风时，定值电阻R与金属杆串联，由图可知，此时金属杆接入电路中的电阻Rx为3.5Ω，

∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

∴根据欧姆定律可得，电路中的电流：

I===1A

R两端电压就是电压表的示数：

UR=IR=1A×1Ω=1V

(3)当电压表示数为3V时，R两端电压U1=3V，

∵串联电路中总电压等于各分电压之和，

∴金属杆两端电压：

Ux=UU1=4.5V3V=1.5V

电路中的电流：

I总===3A

金属杆电阻：

R1===0.5Ω

分析图象可知最大风力为720N。

答：(1)电压表的位置如上图所示；

(2)无风时，电路中的电流为1A，电压表的示数为1V；

(3)如果电压表的量程为03V，该装置所能测量的最大风力为720N。