Question

如甲图所示是某小组同学制作的一个风力测试仪．电源电压为4V，R₁=lOΩ，R₂=30Ω，R₂是粗细均匀的电阻丝，木球用金属丝（电阻不计）悬挂于A点，A点接入电路且金属丝与线状电阻R₂接触良好，无风时金属丝刚好接触于电阻丝最右端．电阻丝R₂接入电路的电阻与小球所能承受风力F的关系如图乙所示．

（l）分析R_l的作用．
（2）请通过计算得出风力为ON、720N时，电压表的示数．并在电压表表盘（图丙）上标出风力为ON、720N的刻度位置．
（3）小组的同学认为此装置存在一些不足，于是他们利用现有的器材对此装置进行了改进（图丁）所示．针对甲图装置的不足请你对他们改进的电路进行合理评价（至少写出两条）．
（4）请你对改进后的装置在制作或使用过程，应注意的问题提出两条合理的建议．

Answer 1

分析：（1）分析图甲，当风力最大时，R₂连入电阻为0，为了保护电源、电路连入了R₁；
（2）由图乙可知当风力为0N、720N时，R₂连入电阻的阻值大小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再利用U=IR求R₂两端的电压即为电压表的示数，并在电压表上标出指针位置；
（3）先分析两装置的结构特点，并利用欧姆定律判断电路中电流的变化，可以从人民的习惯、节约电能、电压表示数变化和风力的变化关系进行解答；
（4）可以从电路的组装和器材的选择等方面提出在制作或使用过程中要注意的事项．

解答：解：（l）当风力最大时，R₂连入电阻为0，为了保护电路，防止电流过大烧坏电源，连入了R₁；
（2）当F=ON时，由图乙可知，R₂=30Ω，
根据欧姆定律可得，此时电路中的电流：
I=

U

R1+R2

=

4V

10Ω+30Ω

=0.1A，
电压表的示数为：
U₂=IR₂=0.1A×30Ω=3V；
当F=72ON时，由图乙可知，R₂=0，电压表被短路，示数为0；
风力为ON、720N的刻度位置如图所示：

（3）对于甲电路，随着风力的增大，接入电路部分的电阻在保护电阻两端的电压在变大，电压表示数在变小，根据欧姆定律可知电路电流在变大，保护电阻两端的电压在变大，电压表示数在变小；对于乙电路，随着风力的增大，电压表所测量的电阻在变大，电路电流不变，根据欧姆定律可知电压表示数在变大，随着风力的变大电压表示数变大；
改进的电路：①当风力增强时，电压表示数变大，符合人们的认知习惯；
②无论风力大小，电路消耗的总功率较小，节约电能；
③电压表的示数与风力的变化成正比，示数均匀；
（4）建议：①电压表选用小量程，当风力变化较小时，其示数变化明显，便于观察；
②电源电压、R₁、R₂及电压表的量程配置要合理，防止风力过大时，损坏电路；
③将小球换成面积较大轻质挡风板，使风力测试仪更加灵敏；
④使用时，其朝向要正确；
⑤保证金属丝与R₂接触良好且摩擦力较小．
答：（l）R_l的作用：保护电路，防止电流过大烧坏电源；
（2）风力为ON、720N时，电压表的示数分别为3V和0V，在电压表表盘的刻度位置如上图所示；
（3）评价：①当风力增强时，电压表示数变大，符合人们的认知习惯；
②无论风力大小，电路消耗的总功率较小，节约电能；
③电压表的示数与风力的变化成正比，示数均匀；（以上任意两条均可，其他答案合理也可）
（4）建议：①电压表选用小量程，当风力变化较小时，其示数变化明显，便于观察；
②电源电压、R₁、R₂及电压表的量程配置要合理，防止风力过大时，损坏电路；
③将小球换成面积较大轻质挡风板，使风力测试仪更加灵敏；
④使用时，其朝向要正确；
⑤保证金属丝与R₂接触良好且摩擦力较小．

点评：本题考查了学生对欧姆定律、串联电路特点的掌握和运用，能分析出两实验装置的不同和从图象中得出相关信息是关键．