题目内容
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)所图示: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做出了原长为40cm的轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象[见图乙].由图可知:该弹簧每缩短10cm,弹簧受到的压力将增加
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.
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
(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
(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:
(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
B
B
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做出了原长为40cm的轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象[见图乙].由图可知:该弹簧每缩短10cm,弹簧受到的压力将增加
2
2
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(A) | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 |
V表示数(V) | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
E
E
(填器材的序号字母);他们测出的金属杆的电阻是5
5
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
4
4
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:
设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力
设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力
.分析:(1)先根据选项判断电路的连接方式,再根据风力增大判断电路电阻的变化,利用欧姆定律和串联电路的特点判断电表示数的变化;
(2)①分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象可知,当风力增大时,弹簧的长度变短;
②由电路图可知,金属杆和滑动变阻器串联,电压表测金属杆两端的电压;由表格中数据可知,当电压表的示数为1V时,电路中的电流为0.2A,根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻和金属杆的电阻,进一步确定滑动变阻器的规格;
(3)当电流表的示数最大为0.6A时,风力最大,根据欧姆定律求出定值电阻两端的电压,根据串联电路的电压特点求出金属杆两端的电压,再根据欧姆定律求出金属杆接入电路的电阻,利用金属杆为50cm时阻值为5Ω求出此时弹簧的长度,最后由图乙该装置能够测量的最大水平风力;
(4)根据实验装置,从力的角度如摩擦力、空气阻力、风向等提出可能对测量准确度产生影响的因素.
(2)①分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象可知,当风力增大时,弹簧的长度变短;
②由电路图可知,金属杆和滑动变阻器串联,电压表测金属杆两端的电压;由表格中数据可知,当电压表的示数为1V时,电路中的电流为0.2A,根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻和金属杆的电阻,进一步确定滑动变阻器的规格;
(3)当电流表的示数最大为0.6A时,风力最大,根据欧姆定律求出定值电阻两端的电压,根据串联电路的电压特点求出金属杆两端的电压,再根据欧姆定律求出金属杆接入电路的电阻,利用金属杆为50cm时阻值为5Ω求出此时弹簧的长度,最后由图乙该装置能够测量的最大水平风力;
(4)根据实验装置,从力的角度如摩擦力、空气阻力、风向等提出可能对测量准确度产生影响的因素.
解答:解:
(1)A、在a、b之间接电流表,在c、d之间连接导线时,会造成电源短路,故A不正确;
B、只在a、b之间接电流表时,电路为串联电路,电流表测电路中的电流,当风力增大时接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,故B正确;
C、在c、d之间接电压表,在a、b之间连接导线,电压表测O和迎风板之间电阻两端的电压,当风力增大时接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,电阻R两端的电压变大,根据串联电路的总电压等于分电阻的电压之和可知,电压表的示数变小,故C不正确;
D、只在c、d之间接电压表时,电压表断路,故D不正确;
(2)①分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象(如图乙所示)可知:该弹簧每缩短10cm,弹簧受到的压力将增加2N;
②由他们记录的测量数据可知,当电流为0.2A时,此时电压表的示数为1V,
∵金属杆和滑动变阻器串联,电压表测金属杆两端的电压,
∴滑动变阻器两端的电压值U滑=3V-1V=2V,
根据欧姆定律可得R滑=
=
=10Ω,
故他们选择的是滑动变阻器R2(阻值变化范围为0~10Ω);
金属杆的电阻R金=
=
=5Ω;
(3)因电源能够提供3V的稳定电压,定值电阻的阻值R=3Ω,电流表A的量程是0~0.6A,所以当电流最大时,此时风力最大,
定值电阻两端的电压UR=I′R=0.6A×3Ω=1.8V,
金属杆两端的电压U金′=U-UR=3V-1.8V=1.2V,
所以金属杆的电阻R金′=
=
=2Ω,
由题意可知,当金属杆为50cm时,阻值为5Ω,所以当阻值为2Ω时,此时弹簧的长度为20cm,
由乙图可知,此时风力为4N;
(4)设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力;没考虑迎风板左侧受到的空气的阻力;试验中难以保证风力大小恒定、方向水平等.
故答案为:
(1)B;
(2)①2;②E;5;
(3)4;
(4)设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力(合理即可).
(1)A、在a、b之间接电流表,在c、d之间连接导线时,会造成电源短路,故A不正确;
B、只在a、b之间接电流表时,电路为串联电路,电流表测电路中的电流,当风力增大时接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,故B正确;
C、在c、d之间接电压表,在a、b之间连接导线,电压表测O和迎风板之间电阻两端的电压,当风力增大时接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,电阻R两端的电压变大,根据串联电路的总电压等于分电阻的电压之和可知,电压表的示数变小,故C不正确;
D、只在c、d之间接电压表时,电压表断路,故D不正确;
(2)①分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象(如图乙所示)可知:该弹簧每缩短10cm,弹簧受到的压力将增加2N;
②由他们记录的测量数据可知,当电流为0.2A时,此时电压表的示数为1V,
∵金属杆和滑动变阻器串联,电压表测金属杆两端的电压,
∴滑动变阻器两端的电压值U滑=3V-1V=2V,
根据欧姆定律可得R滑=
U滑 |
I |
2V |
0.2A |
故他们选择的是滑动变阻器R2(阻值变化范围为0~10Ω);
金属杆的电阻R金=
U金 |
I |
1V |
0.2A |
(3)因电源能够提供3V的稳定电压,定值电阻的阻值R=3Ω,电流表A的量程是0~0.6A,所以当电流最大时,此时风力最大,
定值电阻两端的电压UR=I′R=0.6A×3Ω=1.8V,
金属杆两端的电压U金′=U-UR=3V-1.8V=1.2V,
所以金属杆的电阻R金′=
U金′ |
I′ |
1.2V |
0.6A |
由题意可知,当金属杆为50cm时,阻值为5Ω,所以当阻值为2Ω时,此时弹簧的长度为20cm,
由乙图可知,此时风力为4N;
(4)设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力;没考虑迎风板左侧受到的空气的阻力;试验中难以保证风力大小恒定、方向水平等.
故答案为:
(1)B;
(2)①2;②E;5;
(3)4;
(4)设计中没有考虑迎风板与金属杆的摩擦力(合理即可).
点评:本题考查电流、电压、电阻、长度等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是分析电路的组成和根据所给信息总结规律,要记住串联电路的规律.
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