Question

【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了一種測(cè)定風(fēng)力的裝置，其原理如圖甲所示．迎風(fēng)板與一輕質(zhì)彈簧一端連接，穿在光滑的金屬桿上，彈簧由絕緣材料制成，均勻金屬桿的阻值隨長(zhǎng)度均勻變化，工作時(shí)迎風(fēng)板總是正對(duì)風(fēng)吹來(lái)的方向。電路中左端導(dǎo)線(xiàn)與金屬桿 M 端相連，右端導(dǎo)線(xiàn)接在迎風(fēng)板上 N 點(diǎn)并可隨迎風(fēng)板在金屬桿上滑動(dòng)，兩端導(dǎo)線(xiàn)與金屬桿均接觸良好。已知電源電壓恒為 4.5V，定值電阻 R=1.0Ω．金屬桿接入電路中的電阻 Rx 與迎風(fēng)板所承受風(fēng)力 F 的關(guān)系如圖乙所示．

（1）若在電路中接人一個(gè)電壓表，使電壓表示數(shù)隨風(fēng)力的增大而增大，請(qǐng)?jiān)趫D甲中適當(dāng)位置畫(huà)出電壓表；

（2）無(wú)風(fēng)時(shí)，求電壓表的示數(shù)；

（3）如果電壓表的量程為 0～3V，求該裝置所能測(cè)量的最大風(fēng)力．

Answer 1

【答案】（1）

（2）1V

（3）720N

【解析】

(1)要使電壓表示數(shù)隨風(fēng)力的增大而增大，電壓表應(yīng)與定值電阻R并聯(lián)，如下圖甲所示；

(2)無(wú)風(fēng)時(shí)，定值電阻R與金屬桿串聯(lián)，由圖可知，此時(shí)金屬桿接入電路中的電阻Rx為3.5Ω，

∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，

∴根據(jù)歐姆定律可得，電路中的電流：

I===1A

R兩端電壓就是電壓表的示數(shù)：

UR=IR=1A×1Ω=1V

(3)當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時(shí)，R兩端電壓U1=3V，

∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，

∴金屬桿兩端電壓：

Ux=UU1=4.5V3V=1.5V

電路中的電流：

I總===3A

金屬桿電阻：

R1===0.5Ω

分析圖象可知最大風(fēng)力為720N。

答：(1)電壓表的位置如上圖所示；

(2)無(wú)風(fēng)時(shí)，電路中的電流為1A，電壓表的示數(shù)為1V；

(3)如果電壓表的量程為03V，該裝置所能測(cè)量的最大風(fēng)力為720N。