题目内容
【题目】某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置,其原理如图甲所示.迎风板与一轻质弹簧一端连接,穿在光滑的金属杆上,弹簧由绝缘材料制成,均匀金属杆的阻值随长度均匀变化,工作时迎风板总是正对风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆 M 端相连,右端导线接在迎风板上 N 点并可随迎风板在金属杆上滑动,两端导线与金属杆均接触良好。已知电源电压恒为 4.5V,定值电阻 R=1.0Ω.金属杆接入电路中的电阻 Rx 与迎风板所承受风力 F 的关系如图乙所示.
(1)若在电路中接人一个电压表,使电压表示数随风力的增大而增大,请在图甲中适当位置画出电压表;
(2)无风时,求电压表的示数;
(3)如果电压表的量程为 0~3V,求该装置所能测量的最大风力.
【答案】(1)
(2)1V
(3)720N
【解析】
(1)要使电压表示数随风力的增大而增大,电压表应与定值电阻R并联,如下图甲所示;
(2)无风时,定值电阻R与金属杆串联,由图可知,此时金属杆接入电路中的电阻Rx为3.5Ω,
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
∴根据欧姆定律可得,电路中的电流:
I===1A
R两端电压就是电压表的示数:
UR=IR=1A×1Ω=1V
(3)当电压表示数为3V时,R两端电压U1=3V,
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴金属杆两端电压:
Ux=UU1=4.5V3V=1.5V
电路中的电流:
I总===3A
金属杆电阻:
R1===0.5Ω
分析图象可知最大风力为720N。
答:(1)电压表的位置如上图所示;
(2)无风时,电路中的电流为1A,电压表的示数为1V;
(3)如果电压表的量程为03V,该装置所能测量的最大风力为720N。
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