Question

7．如图所示，是红星中学九年级物理课外实践活动小组设计的风力测量仪的电路示意图．其电源电压U=3V，电路保护电阻R₁=20Ω，均匀电阻丝的阻值为R₂=3Ω，金属 丝（电阻忽略不计）的上端固定在0点，下端系有一块塑料片A，当风从右向左吹动塑料片时，金属丝向左摆动并与电阻丝保持良好的接触，风力表由电压表改装而成．
（1）无风时，塑料片竖直下垂，电压表示数是多少？电路中的电流是多少？（计算结果保留2位小数）
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，电压表的示数是多少？
（3）如果将图中的电压表改换为电流表，请计算这种情况下电流表的示数范围多大？

Answer 1

分析 （1）无风时，电压表被短路，故电压为0；电阻丝与保护电阻串联，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流；
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，此时电路中的总电阻不变，电路中的电流不变，电压表测R₂两端的电压，根据欧姆定律求出电压表的示数；
（3）将图中的电压表改换为电流表，无风时，两电阻串联，电流表被短路，此时示数最小；当风力最强时，电路为R₁的简单电路，电流表测电路中的电流，此时电路中的电流最大，根据欧姆定律求出其大小，进一步得出答案．

解答 解：（1）无风时，塑料片竖直下垂，电压表被短路，示数为0V；
此时，R₁与R₂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=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{3V}{20Ω+3Ω}$≈0.13A；
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，
此时电路中的总电阻不变，电路中的电流不变，电压表测R₂两端的电压，
则电压表的示数：
U₂=IR₂=0.13A×3Ω=0.39V；
（3）将图中的电压表改换为电流表，
无风时，两电阻串联，电流表被短路，此时示数最小，最小为0A；
当风力最强时，电路为R₁的简单电路，电流表的示数最大，
则I′=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
所以，电流表示数范围是0A～0.15A．
答：（1）无风时，塑料片竖直下垂，电压表示数是0V，电路中的电流是0.13A；
（2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端，电压表的示数是0.39V；
（3）如果将图中的电压表改换为电流表，电流表的示数范围为0A～0.15A．

点评 本题考查了电阻的串联和欧姆定律的应用，要注意电压表改换为电流表前，金属丝的摆动不影响电路的结构，只是改变了与电压表并联部分，即改变了电压表测量的电阻；改换后金属丝的摆动影响电路的结构．