题目内容
【题目】在物理课外实验探究活动中,某小组设计了一个能反映水平风力大小的装置,如图甲所示,电源电压恒定为 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,下端连接一个重 2N 的圆球 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 OA 为 10cm,OP 始终与 AB 接触良好且摩擦忽略不计。求:
(1)电流表示数为 0.2A 时,灯泡的电阻为多少?
(2)无风时 R0 消耗的电功率?
(3)有风时,为防止灯泡烧坏(其两端电压不超过额定电压),允许风对球施加的最 大作用力为多少?(OP 可看做以 O 为支点的杠杆)
【答案】(1) 5Ω; (2) 0.6W ;(3) 1.4N
【解析】
(1)由电路图可知,灯泡L、定值电阻R0和电阻丝串联,电流表测电路中的电流,当电流表示数为0.2A时,由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V,
所以灯泡的电阻
RL===5Ω
(2)无风时,OP下垂并与A端接触,电阻丝接入阻值最大为60Ω,电阻丝两端的电压
UAB=IRAB=0.2A×60Ω=12V
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,R0两端的电压:
U0=U-UL-UAB=16V-1V-12V=3V
则此时R0消耗的电功率:
P0=U0I=3V×0.2A=0.6W
(3)R0的阻值:
R0===15Ω
为防止灯泡烧坏,灯泡两端的电压UL额=2.5V,由图乙可知,电路的最大电流I′=0.3A,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,
R0两端的电压
U0′=I′R0=0.3A×15Ω=4.5V
RBC两端的电压
UBC=U-UL额-U0′=16V-2.5V-4.5V=9V
此时电阻丝连入电路的电阻
RBC==30Ω
即电阻丝AB接入电路中的最小阻值为30Ω;
因电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比,
所以
BC=×AB=×14cm=7cm
则
AC=AB-BC=14cm-7cm=7cm
如图,把OP视为杠杆,F的力臂为OD,G的力臂等于PD,
根据杠杆平衡条件可得
F×OD=G×PD
则
根据相似三角形的知识可得
所以
则
F=×G=×2N=1.4N
答:(1)电流表示数为0.2A时,灯泡的电阻为5Ω;
(2)无风时R0消耗的电功率为0.6W;
(3) 为防止灯泡烧坏,允许风对球施加的最大作用力为1.4N。
【题目】超声波加湿器通电工作时,雾化片产生每秒170万次的高频率振动,将水抛离水面雾化成大量lμm~5μm的超微粒子(水雾),吹散到空气中使空气湿润,改变空气的湿度。图甲所示是某型号超声波加湿器,下表为其部分技术参数.其中额定加湿量是指加湿器正常工作1h雾化水的体积;循环风量是指加湿器正常工作1h通过风扇的空气体积;加湿效率是指实际加湿量和实际输入功率的比值。
额定加湿量Q额 | 15L/h |
额定电压U额 | 220V |
额定功率P额 | 660W |
水箱容量V | 30L |
加湿效率k | ≥1.2×10-2L/(hW) |
(1)加湿器正常工作时电流为多少A?加满水后最多能加湿多少h?
(2)在没有其他用电器接入电路的情况下,加湿器工作30min,标有“300imp/kW·h”的电能表指示灯闪烁了720次,此过程中加湿器的实际功率多少W?加湿器的加湿量Q实至少为多少L/h?
(3)超声波内部有一个湿度监测装置,利用湿敏电阻可实现对环境湿度的精确测量,图乙中为该湿度监测装置的电路图,已知电源电压为24V,定值电阻R的阻值为120Ω,电流表的量程为0-100mA,电压表的量程为0-15V,湿敏电阻的阻值R随湿度R0变化的关系图线如图丙所示,请你根据该电路计算湿度监测装置能够测量的湿度范围。