Question

7．张林同学设计了一个风速仪，图甲是它的原理示意图．定值电阻Ro=10 欧，R_l 是压力传感器（其电阻值会随所受压力大小变化而变化，变化关系如图乙），电源电压恒为3 伏，电流表的量程为0-0.6 安，风压板是一块长方形的轻质塑料板，它的面积为0.4米²．
（ 1 ）在电路中连入R₀的目的是防止电路发生短路
（ 2 ）闭合开关后电流表读数为0.15A，风压板上所受到的压力是多少？此时的风速为多少？
（ 3 ）你认为此风速仪存在的不足之处是（写出一点即可）．

风级	名称	风速（m/s）	风亚（Pa）
0	无风	0-0.2	0-0.025
1	软风	0.3-1.5	0.056-0.14
2	轻风	1.6-3.3	0.16-6.8
3	微风	3.4-5.4	7-18
4	和风	5.5-7.9	19-39
5	清劲风	8.0-10.7	40-72
6	强风	10.8-13.8	73-119

Answer 1

分析 （1）由图乙可知，当压力为24N时压力传感器的电阻为0，为防止此时的短路，连入定值电阻R₀；
（2）知道电流表的读数（此时电路中的电流）、电源电压，求出串联电阻值，利用串联电阻的特点求压力传感器的电阻，对照表中数据找出风压板上所受到的压力和此时的风速；
（3）当R_l是0Ω时，风压板上所受到的压力最大，求出风压，找出能测量的最大风速然后分析答题．

解答 解：（1）在电路中连入R₀的目的是保护电路，防止电路发生短路；
（2）R_串=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.15A}$=20Ω，
R₁=R_串-R₀=20Ω-10Ω=10Ω；
查图乙得风压板上所受到的压力：
F=16N，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{16N}{0.4{m}^{2}}$=40Pa，
查表得风速：
v=8m/s；
（3）当R_l=0Ω，查图乙得风压板上所受到的压力为F_大=24N，
最大风压：
p_大=$\frac{{F}_{大}}{S}$=$\frac{24N}{0.4{m}^{2}}$=60Pa，
查表得最大只能测量5级风，此风速仪最大只能测5级风，测量范围小；
除此之外还有：风速达到一定值后，电流表示数不再变大，无法显示风速大小；
当风速太小时，电流表示数变化不明显，风速仪精度不够．
查表得最大只能测量5级风．
答：（1）防止电路发生短路；
（2）风压板上所受到的压力是16N，此时的风速为8m/s；
（3）最大只能测量5级风，测量范围太小．

点评 本题考查了学生对欧姆定律、压强公式的掌握和运用，能从图表中得出相关信息是本题的关键．