Question

【题目】小明、小亮和小敏共同设计了一种测定水平方向风力的装置。其原理如图（甲）所示：绝缘轻弹簧的左端固定在O点，右端与中心有孔、表面竖直的金属迎风板相连，一起套在左端也固定在O点的粗细均匀、电阻随长度均匀变化，且水平放置的金属杆上，迎风板与金属杆接触良好；电路中左端导线与金属杆的左端相连，右端导线连接在迎风板上并可随迎风板移动，R是定值电阻，a、b、c、d为四个接线柱。

(1)在他们的设计中，若要求在风力增大时，接入电路的电表的示数也随之而增大，则应该（________）

A．在a、b之间接电流表，在c、d之间连接导线

B．只在a、b之间接电流表

C．在c、d之间接电压表，在a、b之间连接导线

D．只在c、d之间接电压表

(2)为了较准确的测出水平方向风力的大小，三位同学先对选定的轻弹簧和金属杆进行了两项测量；

①小明利用测量的数据作出了原长为40cm的轻弹簧的长度L与所受压力F的关系图像[见图（乙）]。由图可知：该弹簧每缩短10cm，弹簧受到的压力将增加________N；

②小亮和小敏设计了图（丙）所示的电路，用来测量长度为50cm的金属杆的电阻。他们备选的部分器材有：

A．电源（能够提供3V的稳定电压）

B．电流表A（量程0~0.6A）

C．电压表V（量程0~3V）

D．滑动变阻器R1（阻值变化范围为0~5Ω）

E．滑动变阻器R2（阻值变化范围为0~10Ω）选好器材后，小亮和小敏在实验中正确操作，他们记录的测量数据如下表。

实验次数	1	2	3	4	5
A表示数I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
V表示数U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

根据他们的测量数据可以知道：他们实验中选用的滑动变阻器是_____（填器材的序号字母）；他们测出的金属杆的电阻是_______Ω；

(3)三位同学最后根据(1)的要求，按图（甲）进行组装时，除用到上述选定的轻弹簧、金属杆和(2)中备选的电源、电表外，还选了阻值R=3Ω的定值电阻。如果无风时，O点到迎风板的距离以及轻弹簧的长度均等于弹簧的原长，则该装置能够测量的最大水平风力是_______N；

(4)对小明、小亮和小敏设计的测定水平方向风力的装置，从力的角度，请你指出可能对测量准确度产生影响的因素之一：________。

Answer 1

【答案】B 2 E 5 4 设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力

【解析】

(1)[1]在风力增大时，迎风板会往左移动，金属杆接入电路的电阻会变小。

A．假设在a、b之间接电流表，在c、d之间连接导线，那么金属杆会被短路，电流会从电源正极流出，流过开关、电阻R、流过c、d之间的导线、a、b之间的电流表，最后回负极，电路中的电阻大小不变，那么电路中的电流大小也不变，电流表的示数不变，这与题中条件不符合，A项不合题意；

B．假设只在a、b之间接电流表，那么金属杆与电阻R串联，电路中的总电阻在变小，那么电路中的电流在变大，电流表的示数在变大，这与题中条件相符合，选项B符合题意；

C．假设在c、d之间接电压表，在a、b之间连接导线，那么金属杆与电阻R串联，电压表测的是金属杆两端电压，由于金属杆接入电路的电阻会变小，电阻R阻值大小不变，根据串联电路的分压原理可知，金属杆两端的电压会变小，即电压表的读数会变小，这与题中条件不符合，C项不合题意；

D．假设只在c、d之间接电压表，那么电路是断路的，电路中没有电流，电压表的读数是0，不变化，这与题中条件不符合，D项不合题意。

故选B。

(2)[2]从图乙可以看到，该弹簧每缩短10cm，弹簧受到的压力将增加2N。

[3]从表中数据可知，当电压表的示数是1.0V时，滑动变阻器的电压是2.0V，电路中的电流大小是0.2A，那么根据可知，滑动变阻器接入电路的阻值大小是

那么他们实验中选用的滑动变阻器是R2。

[4]从表中数据可以看到，5次实验，根据可知，他们测出的金属杆的电阻都是5Ω。

(3)[5]当电流表的读数达到最大时，即0.6A，这时电路中的总电阻最小，可得

那么这时金属杆接入电路的电阻大小是

这时金属杆接入电路的电阻是最小的，风力也是最大的；由上述可知，金属杆的全部电阻是5Ω，当金属杆接入电路的电阻是2Ω时，对应的长度是

从图乙可以看到，当轻弹簧的长度是20cm时，所受压力是4N，即该装置能够测量的最大水平风力是4N。

(4)[6]从力的角度来看，这个设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力；还有没考虑到迎风板左侧受到的空气阻力；实验中不能保证风力大小是不变、恒定的，方向也不能保证是水平的等等。