题目内容
7．
某物理课外实践活动小组设计了如图所示的风力测量仪电路，其电源电压U=10V，电路保护电阻R0=20Ω均匀的弧形电阻丝ab总阻值R=5Ω．把一根金属丝（电阻忽略不计）的上端固定在O点，下端系一个塑料小球，当风从右向左吹动小球时，金属丝向左摆动并始终与电阻丝保持良好接触，风力表由电压表改装而成，现闭合开关S．（1）无风时，金属丝竖直下垂，刚好与a端接触．此时塑料小球受重力和绳子的拉力，这两个力是一对平衡力（选填“相互作用力”或“平衡力”）；
（2）无风时，电压表示数是多少？电路中电流是多少？
（3）当风力达到该测量仪能够测量的最强风力时，金属丝滑至电阻丝的b端，此时电压表示数是多少？
（4）如果将图中的电压表改换为电流表，则最强风力时电流表示数为多少？电路消耗的总电功率为多少？
分析 （1）金属丝竖直下垂时小球处于平衡状态，受到的力为平衡力；
（2）无风时，电压表被短路，电路为R与R0串联，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流；
（3）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的b端，此时电路中的总电阻不变，电路中的电流不变，电压表测R两端的电压，根据欧姆定律求出电压表的示数；
（4）如果将图中的电压表改换为电流表，最强风力时电路为R0的简单电路，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出电流表示数，根据P=UI求出电路消耗的总电功率．
解答 解：（1）金属丝竖直下垂时小球处于平衡状态，受到的重力和绳子的拉力是一对平衡力；
（2）无风时，塑料片竖直下垂，电压表被短路，示数为0V；
此时，R与R0串联，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{10V}{20Ω+5Ω}$=0.4A；
（3）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的b端，
此时电路中的总电阻不变，电路中的电流不变，电压表测R两端的电压，
则电压表的示数：
UR=IR=0.4A×5Ω=2V；
（4）如果将图中的电压表改换为电流表，最强风力时电路为R0的简单电路，电流表测电路中的电流，
则电流表示数：
I′=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{10V}{20Ω}$=0.5A，
电路消耗的总电功率：
P=UI′=10V×0.5A=5W．
答：（1）绳子的拉力；平衡力；
（2）无风时，电压表示数是0V，电路中电流是0.4A；
（3）当风力达到该测量仪能够测量的最强风力时，电压表示数是2V；
（4）如果将图中的电压表改换为电流表，则最强风力时电流表示数为0.5A，电路消耗的总电功率为5W．
点评 本题考查了平衡力的辨别和欧姆定律、电功率公式的应用，利用电压表的特点判断出原电路中的总电阻和电流不变是关键．
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