Question

小明、小亮和小敏共同設(shè)計(jì)了一種測定水平方向風(fēng)力的裝置，其原理如圖甲所示．絕緣輕彈簧的左端固定在O點(diǎn)，右端與中心有孔、表面豎直的金屬迎風(fēng)板相連，一起套在左端固定在O點(diǎn)的粗細(xì)均勻、電阻隨長度均勻變化的水平金屬桿上，迎風(fēng)板與金屬桿接觸良好．電路中左端導(dǎo)線與金屬桿的左端相連，右端導(dǎo)線連接在迎風(fēng)板上并可隨迎風(fēng)板一起移動(dòng)，R是定值電阻，a、b、c、d為四個(gè)接線柱．

（1）在他們的設(shè)計(jì)中，若要求在風(fēng)力增大時(shí)，接入電路的電表的示數(shù)也隨之而增大，則應(yīng)該（

 

）
A．只在a、b之間接電流表
B．只在c、d之間接電壓表
C．在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導(dǎo)線
D．在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導(dǎo)線
（2）為了較準(zhǔn)確的測出水平方向風(fēng)力的大小，三位同學(xué)先對(duì)選定的輕彈簧和金屬桿進(jìn)行了兩項(xiàng)測量．
①小明利用測量的數(shù)據(jù)作出了原長為40cm的輕彈簧的長度l與所受壓力F的關(guān)系圖象（如圖乙所示）．由圖可知：該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加

 

N．
②小亮和小敏設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，用來測量長度為50cm的金屬桿的電阻．他們備選的部分器材有：
A．電源（能夠提供3V的穩(wěn)定電壓）
B．電流表A（量程0～0.6A）
C．電壓表V（量程0～3V）
D．滑動(dòng)變阻器R₁（阻值變化范圍為0～5Ω）
E．滑動(dòng)變阻器R₂（阻值變化范圍為0～10Ω）
選好器材后，小亮和小敏在實(shí)驗(yàn)中正確操作，他們記錄的測量數(shù)據(jù)如下表：
根據(jù)他們的測量數(shù)據(jù)可以知道：他們實(shí)驗(yàn)中選用的滑動(dòng)變阻器是

 

（填器材的序號(hào)字母），他們測出的金屬桿的電阻為

 

Ω．
（3）三位同學(xué)最后根據(jù)（1）的要求，按圖甲進(jìn)行組裝時(shí)，除用到上述選定的輕彈簧、金屬桿和（2）中備選的電源、電表外，還選了阻值R=3Ω的定值電阻．如果無風(fēng)時(shí)，迎風(fēng)板離O點(diǎn)的距離以及輕彈簧的長度均等于彈簧的原長，則該裝置能夠測量的最大水平風(fēng)力是

 

N．

Answer 1

分析：分析他們設(shè)計(jì)的電路可知，要在風(fēng)力增大時(shí)，接入電路的電表的示數(shù)也隨之而增大，則應(yīng)該在a、b之間接電流表；
分析輕彈簧的長度l與所受壓力F的關(guān)系圖象可知，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)，彈簧的長度變短；
當(dāng)電流最小時(shí)，連入電路中的滑動(dòng)變阻器的阻值最大，根據(jù)歐姆定律R=

U

I

可以求出滑動(dòng)變阻器的阻值；
因所給電流表A的量程是0～0.6A，所以當(dāng)電流最大時(shí)，風(fēng)力最大，根據(jù)歐姆定律可以求解此時(shí)連入電路中的金屬桿阻值，求出對(duì)應(yīng)的長度，查表可知風(fēng)力的大小．

解答：解：（1）當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)，連入電路的阻值變小，所以電流會(huì)變大，因此需要在a、b之間接電流表；
（2）①分析輕彈簧的長度l與所受壓力F的關(guān)系圖象（如圖乙所示），由圖可知：該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加2N；
②由他們記錄的測量數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電流為0.2A時(shí)，此時(shí)電壓表的示數(shù)為1v，
所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓值為3v-1v=2v，根據(jù)公式R=

U

I

=

2

0.2

Ω=10Ω，所以他們選擇的是滑動(dòng)變阻器R₂（阻值變化范圍為0～10Ω）；
金屬桿的電阻R′=

U′

I

=5Ω；
（3）因電源能夠提供3V的穩(wěn)定電壓，定值電阻的阻值R=3Ω，電流表A的量程是0～0.6A，所以當(dāng)電流最大時(shí)，此時(shí)風(fēng)力最大，
金屬桿兩端的電壓=3v-0.6A×3Ω=1.2v，
所以R=R=

U

I

=

1.2

0.6

Ω=2Ω，
由題意可知，當(dāng)金屬桿為50cm時(shí)，阻值為5Ω，所以當(dāng)阻值為2Ω時(shí)，此時(shí)彈簧的長度為20cm，
由乙圖可知，此時(shí)風(fēng)力為4N；
故答案為：（1）A；（2）2，E，5；（3）4．

點(diǎn)評(píng)：解決此類綜合性的題目，首先要理解好題意，結(jié)合電路的動(dòng)態(tài)分析，利用歐姆定律分析求解．