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李珊设计了一种用电学原理测南风(由南吹向北)和北风(由北吹向南)及风力级别的仪器,如图所示,小塑料球P系在细铜丝(电阻不计)下,悬挂在O点,AB为水平方向固定的一根粗细均匀的电阻丝(电阻率较大),C点为AB电阻丝的中点,且在O点的正下方,AB与金属丝接触良好,可随风的大小及方向自由移动(摩擦不计),当风越大时,细铜丝离开C点的位置越大,A 端指向北,B端指向南,R为定值电阻,R=10Ω.无风时,细铜丝与电阻丝的触点在C点,此时,电流表的示数0.3A,电源电压为6V.问:
(1)如果有一天发现电流表的示数在不断的变小,可知今天吹
南风
南风
(填“南风”或“北风”),并且可知风的级别在变
大
大
(填“大”、“小”或“不变”)
(2)求电阻丝AB的电阻.
(3)如果每增大一级风;电路中的电阻将改变1Ω,某天如果吹南风5级时,电流表的示数是多少?
(4)请指出该设计方案的不足之处(指出一点即可).
分析:(1)电流表示数不断变小,说明电阻丝AB接入电路的阻值不断变大,根据电路图判断金属丝的移动方向,从而判断风向及风力级别如何变化.
(2)根据金属丝在C点时,电流表的示数,由欧姆定律求出电路的总电阻,然后由串联电路特点求出金属丝BC的电阻,进一步求出AB的电阻.
(3)根据欧姆定律及串联电路的特点,求出电流表的示数.
(4)从该仪器所测风向、风力大小等方面分析不足之处.
解答:解:(1)电流表的示数在不断的变小,说明风力不断增大,电阻丝AB接入电路的阻值逐渐变大,由电路图可知,当金属丝向北移动时,金属丝AB接入电路的阻值变大,此时风由南向北吹,是南风.
故答案为:南风;大.
(2)金属丝在C点时,电流表示数是0.3A,此时电路总电阻R总=
U
I
=
6V
0.3A
=20Ω,
由串联电路的电阻特点知,RBC=R总-R=20Ω-10Ω=10Ω,
C在AB的中点,则RBC=
1
2
RAB,RAB=2RBC=2×10Ω=20Ω.
答:电阻丝AB的电阻是20Ω.
(3)如果吹南风5级,则金属丝向北移动,电阻增加5Ω,
电阻丝AB接入电路的阻值R′=RBC+5Ω=10Ω+5Ω=15Ω,
此时电流表的示数I′=
U
R+R′
=
6V
15Ω+10Ω
=0.24A,
答:某天如果吹南风5级时,电流表的示数是0.24A.
(4)该设计方案的不足之处有:①无风时电流表仍有示数,不节能;
②不能测量东风、西风和其他方向的风力变化情况;③风力的级别的测量范围有限等.
点评:认真审题、充分理解题意是正确解题的前提,熟练应用欧姆定律、串联电路特点是正确解题的关键;解题时要细心、认真,尤其是解第一问时,否则会出错.
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