Question

【题目】在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电源电压恒为16V， R0 为定值电阻，L 为额定电压是 2.5V 的小灯泡，其 I﹣U 关系的部分数据如图乙所示，AB 为长14cm、阻值 60Ω 粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP 为质量、电阻均不计的金属细杆，下端连接一个金属圆球 P。闭合开关 S，无风时，OP 下垂并与 A 端接触，此时电流表示数为 0.2A； 有风时，OP 绕悬挂点 O 转动，风对球的作用力 F 方向始终水平向右，已知 OP 金属杆与 AB 接触点每 远离 A 点 1cm 受到的力均为 0.5N，OP 始终与 AB 接触良好且无摩擦；求：

(1)电流表示数为 0.2A 时，灯泡的电阻为多少 Ω？

(2)无风时 R0 两端的电压？

(3)为保护电路，允许风对球施加的最大作用力？

Answer 1

【答案】(1)5Ω (2)3V (3)3.5N

【解析】

(1)由图可知，灯泡、定值电阻和电阻丝串联；因串联电路电流处处相等，所以，当电流表示数为0.2A时，通过灯泡的电流为0.2A，由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V，则根据可得，灯泡的电阻：

(2)无风时，OP下垂并与A端接触，电阻丝接入阻值最大为60，根据可得，电阻丝两端的电压：

根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得，两端的电压：

(3)根据可得的阻值：

由于灯泡的额定电压为2.5V，则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流，由图乙可知最大电流为，此时风对球的压力最大，OP绕O转动的角度最大，设此时OP与AB的接触点为C，则根据欧姆定律可得，两端的电压：

因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以两端的电压：

根据可得此时电阻丝连入电路的电阻：

由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，则：

所以

则

因此OP 金属杆与 AB 接触点远离 A 点 7cm，此时风对球施加的最大作用力为：

答：(1)电流表示数为 0.2A 时，灯泡的电阻为5Ω；

(2)无风时 R0 两端的电压为3V；

(3)为保护电路，允许风对球施加的最大作用力为3.5N。