Question

【題目】在綜合實(shí)踐活動(dòng)中，科技小組設(shè)計(jì)了一個(gè)能反映水平風(fēng)力大小的裝置，如圖甲所示，電源電壓恒為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I﹣U關(guān)系的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖乙所示，AB為長(zhǎng)14cm、阻值60Ω粗細(xì)均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長(zhǎng)度成正比），OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)重2N的圓球P．閉合開(kāi)關(guān)S，無(wú)風(fēng)時(shí)，OP下垂并與A端接觸，此時(shí)電流表示數(shù)為0.2A；有風(fēng)時(shí)，OP繞懸掛點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)對(duì)球的作用力F方向始終水平向右，已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無(wú)摩擦；求：

（1）電流表示數(shù)為0.2A時(shí)，燈泡的電阻為_______Ω；

（2）無(wú)風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率________。

（3）為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力_______ 。

Answer 1

【答案】 5 0.6W 1.4N

【解析】（1）由圖可知，燈泡、定值電阻R0和電阻絲串聯(lián)；因串聯(lián)電路電流處處相等，所以，通過(guò)燈泡的電流為0.2A，由圖乙可知，UL1V，則根據(jù)I＝可得， RL＝＝5Ω；（2）無(wú)風(fēng)時(shí)，OP下垂并與A端接觸，電阻絲阻值最大為60Ω，根據(jù)I＝可得，電阻絲兩端的電壓：UAB＝IRAB＝0.2A×60Ω＝12V，因串聯(lián)，R0兩端的電壓：U0＝U﹣UL﹣UAB＝16V﹣1V﹣12V＝3V，則此時(shí)R0的電功率：P0＝U0I＝3V×0.2A＝0.6W；（3）根據(jù)I＝可得R0的阻值：R0＝＝15Ω；由于燈泡的額定電壓為2.5V，則電路中最大電流等于燈泡正常工作時(shí)的電流，由圖乙知最大電流為I′＝0.3A，此時(shí)風(fēng)對(duì)球的壓力最大，OP繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的角度最大，設(shè)此時(shí)OP與AB的接觸點(diǎn)為C，如圖所示：

根據(jù)歐姆定律可得，R0兩端的電壓：U0′＝I′R0＝0.3A×15Ω＝4.5V，RBC兩端的電壓：UBC＝U﹣U額﹣U0′＝16V﹣2.5V﹣4.5V＝9V，根據(jù)I＝可得此時(shí)電阻絲連入電路的電阻：RBC＝＝30Ω；由于電阻絲的電阻與電阻絲的長(zhǎng)度成正比，則：，所以，BC＝×AB＝×14cm＝7cm，則AC＝AB﹣BC＝14cm﹣7cm＝7cm，如右圖，把OP視為一根杠桿，F的力臂為OD，G的力臂等于PD，根據(jù)杠桿平衡條件可得：F×OD＝G×PD，則：；由于△OAC∽△ODP因此：，所以，，則：F＝G＝×2N＝1.4N。