Question

【題目】某研究性學習小組設計了一種測定風力的裝置，其原理如圖甲所示．迎風板與一輕質彈簧一端連接，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度均勻變化，工作時迎風板總是正對風吹來的方向。電路中左端導線與金屬桿 M 端相連，右端導線接在迎風板上 N 點并可隨迎風板在金屬桿上滑動，兩端導線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 與迎風板所承受風力 F 的關系如圖乙所示．

（1）若在電路中接人一個電壓表，使電壓表示數隨風力的增大而增大，請在圖甲中適當位置畫出電壓表；

（2）無風時，求電壓表的示數；

（3）如果電壓表的量程為 0～3V，求該裝置所能測量的最大風力．

Answer 1

【答案】（1）

（2）1V

（3）720N

【解析】

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

(2)無風時，定值電阻R與金屬桿串聯，由圖可知，此時金屬桿接入電路中的電阻Rx為3.5Ω，

∵串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，

∴根據歐姆定律可得，電路中的電流：

I===1A

R兩端電壓就是電壓表的示數：

UR=IR=1A×1Ω=1V

(3)當電壓表示數為3V時，R兩端電壓U1=3V，

∵串聯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力為720N。

答：(1)電壓表的位置如上圖所示；

(2)無風時，電路中的電流為1A，電壓表的示數為1V；

(3)如果電壓表的量程為03V，該裝置所能測量的最大風力為720N。