Question

【题目】如图所示，甲是小聪设计的一种测定风力的装置示意图。一根由绝缘材料制成的轻质弹簧穿在光滑的金属杆上，金属杆左端M通过线连人电路，弹簧右端与迎风板连接，导线接在迎风板上N点并可随迎风板在金属杆上滑动且与金属杆接触良好均匀金属杆的阻值随长度均匀变化，测量时让迎风板止对风吹来的方向，电压表示数会随风力大小而变化。小聪听物理老师讲过电源内部其实是有电阻的，于是他把电源的内部结构剖析成如图乙所示，若已知电源电压E＝4.5V，定值电阻R＝0.5Ω，电源内阻r＝0.5Ω，金属杆接入电路中的电阻R2与迎风板所承受风力F的关系如图丙所示。求

（1）无风时电源内部的发热功率Pr；

（2）若要把电压表改为风力表，电压表为U1＝1.5V刻度处所标风力F1的值。

Answer 1

【答案】（1）0.5W（2）600N

【解析】

（1）由图甲知，电源、金属杆以及定值电阻R串联，由图象可知无风时金属杆接入电路的阻值，由串联电路特点和欧姆定律先计算电路中电流，再由P＝I2R计算电源内部的发热功率；

（2）由电路特点和欧姆定律计算电压表1.5V时电路的电流，从而计算此时金属杆连入电路的阻值，由图象读出此时的风力值。

解：

（1）由图甲知，电源、金属杆以及定值电阻R串联，

由图丙知，无风时金属杆接入电路的阻值Rx0＝3.5Ω，

由串联电路特点和欧姆定律可得，电路中电流：

，

所以电源内部的发热功率：Pr＝I2Rr＝（1A）2×0.5Ω＝0.5W；

（2）由图知电压表测金属杆两端电压，由串联电路特点和欧姆定律可得，此时电路中电流：

，由欧姆定律可得此时金属杆连入电路的阻值：

，

由图象知，此时风力为600N，即电压表1.5V刻度处所标风力F1的值应为600N。

答：（1）无风时电源内部的发热功率为0.5W；

（2）若要把电压表改为风力表，电压表1.5V刻度处所标风力F1的值为600N。