Question

【題目】如圖所示，甲是小聰設計的一種測定風力的裝置示意圖。一根由絕緣材料制成的輕質彈簧穿在光滑的金屬桿上，金屬桿左端M通過線連人電路，彈簧右端與迎風板連接，導線接在迎風板上N點并可隨迎風板在金屬桿上滑動且與金屬桿接觸良好均勻金屬桿的阻值隨長度均勻變化，測量時讓迎風板止對風吹來的方向，電壓表示數會隨風力大小而變化。小聰聽物理老師講過電源內部其實是有電阻的，于是他把電源的內部結構剖析成如圖乙所示，若已知電源電壓E＝4.5V，定值電阻R＝0.5Ω，電源內阻r＝0.5Ω，金屬桿接入電路中的電阻R2與迎風板所承受風力F的關系如圖丙所示。求

（1）無風時電源內部的發熱功率Pr；

（2）若要把電壓表改為風力表，電壓表為U1＝1.5V刻度處所標風力F1的值。

Answer 1

【答案】（1）0.5W（2）600N

【解析】

（1）由圖甲知，電源、金屬桿以及定值電阻R串聯，由圖象可知無風時金屬桿接入電路的阻值，由串聯電路特點和歐姆定律先計算電路中電流，再由P＝I2R計算電源內部的發熱功率；

（2）由電路特點和歐姆定律計算電壓表1.5V時電路的電流，從而計算此時金屬桿連入電路的阻值，由圖象讀出此時的風力值。

解：

（1）由圖甲知，電源、金屬桿以及定值電阻R串聯，

由圖丙知，無風時金屬桿接入電路的阻值Rx0＝3.5Ω，

由串聯電路特點和歐姆定律可得，電路中電流：

，

所以電源內部的發熱功率：Pr＝I2Rr＝（1A）2×0.5Ω＝0.5W；

（2）由圖知電壓表測金屬桿兩端電壓，由串聯電路特點和歐姆定律可得，此時電路中電流：

，由歐姆定律可得此時金屬桿連入電路的阻值：

，

由圖象知，此時風力為600N，即電壓表1.5V刻度處所標風力F1的值應為600N。

答：（1）無風時電源內部的發熱功率為0.5W；

（2）若要把電壓表改為風力表，電壓表1.5V刻度處所標風力F1的值為600N。