Question

(2007·南京)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(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R與迎風板所承受風力F的關系如圖乙所示．

(1)若在電路中接入一電壓表，使電壓表示數(shù)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(shù)；

(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：略
解析：

答案：(1)電壓表與定值電阻R并聯(lián)，如圖所示． (2)無風時，定值電阻R與金屬桿串聯(lián)，此時金屬桿接入電路中的電阻為3.5Ω， (3)當電壓表示數(shù)為3V時，　　　 分析圖象可知最大風力為720N． 解析：從乙圖可以看出電阻R與迎風板受力的關系為線性關系，即電阻與風力是均勻變化的．當風力增大時，彈簧長度變小，金屬桿接入電路中的阻值減小，電路中的電流變大，由于定值電阻的阻值不變，根據(jù)公式U=IR可判斷，定值電阻兩端的電壓增大，因此電壓表應并聯(lián)在定值電阻兩端；從圖示可以看出，當無風時，風力F=0，此時金屬桿接入電路的電阻為3.5Ω，而后根據(jù)歐姆定律可求得結(jié)果；當電壓表示數(shù)為3V時，定值電阻兩端的電壓為1.5V，由串聯(lián)電路的知識可知，金屬桿接入電路的電阻為0.5Ω，由圖表可知，此時風力為720N． 點撥：本題通過測風力的裝置來考查學生對歐姆定律和電功率的理解與應用，同時考查學生能夠從所給題目中獲得有用信息，并對信息進行有效處理的能力，題目背景新穎、有趣，能很好地考查了學生的知識水平和靈活能力．