Question

如甲圖所示是某小組同學(xué)制作的一個(gè)風(fēng)力測試儀．電源電壓為4V，R₁=lOΩ，R₂=30Ω，R₂是粗細(xì)均勻的電阻絲，木球用金屬絲（電阻不計(jì)）懸掛于A點(diǎn)，A點(diǎn)接入電路且金屬絲與線狀電阻R₂接觸良好，無風(fēng)時(shí)金屬絲剛好接觸于電阻絲最右端．電阻絲R₂接入電路的電阻與小球所能承受風(fēng)力F的關(guān)系如圖乙所示．

（l）分析R_l的作用．
（2）請通過計(jì)算得出風(fēng)力為ON、720N時(shí)，電壓表的示數(shù)．并在電壓表表盤（圖丙）上標(biāo)出風(fēng)力為ON、720N的刻度位置．
（3）小組的同學(xué)認(rèn)為此裝置存在一些不足，于是他們利用現(xiàn)有的器材對此裝置進(jìn)行了改進(jìn)（圖丁）所示．針對甲圖裝置的不足請你對他們改進(jìn)的電路進(jìn)行合理評價(jià)（至少寫出兩條）．
（4）請你對改進(jìn)后的裝置在制作或使用過程，應(yīng)注意的問題提出兩條合理的建議．

Answer 1

分析：（1）分析圖甲，當(dāng)風(fēng)力最大時(shí)，R₂連入電阻為0，為了保護(hù)電源、電路連入了R₁；
（2）由圖乙可知當(dāng)風(fēng)力為0N、720N時(shí)，R₂連入電阻的阻值大小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再利用U=IR求R₂兩端的電壓即為電壓表的示數(shù)，并在電壓表上標(biāo)出指針位置；
（3）先分析兩裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并利用歐姆定律判斷電路中電流的變化，可以從人民的習(xí)慣、節(jié)約電能、電壓表示數(shù)變化和風(fēng)力的變化關(guān)系進(jìn)行解答；
（4）可以從電路的組裝和器材的選擇等方面提出在制作或使用過程中要注意的事項(xiàng)．

解答：解：（l）當(dāng)風(fēng)力最大時(shí)，R₂連入電阻為0，為了保護(hù)電路，防止電流過大燒壞電源，連入了R₁；
（2）當(dāng)F=ON時(shí)，由圖乙可知，R₂=30Ω，
根據(jù)歐姆定律可得，此時(shí)電路中的電流：
I=

U

R1+R2

=

4V

10Ω+30Ω

=0.1A，
電壓表的示數(shù)為：
U₂=IR₂=0.1A×30Ω=3V；
當(dāng)F=72ON時(shí)，由圖乙可知，R₂=0，電壓表被短路，示數(shù)為0；
風(fēng)力為ON、720N的刻度位置如圖所示：

（3）對于甲電路，隨著風(fēng)力的增大，接入電路部分的電阻在保護(hù)電阻兩端的電壓在變大，電壓表示數(shù)在變小，根據(jù)歐姆定律可知電路電流在變大，保護(hù)電阻兩端的電壓在變大，電壓表示數(shù)在變��；對于乙電路，隨著風(fēng)力的增大，電壓表所測量的電阻在變大，電路電流不變，根據(jù)歐姆定律可知電壓表示數(shù)在變大，隨著風(fēng)力的變大電壓表示數(shù)變大；
改進(jìn)的電路：①當(dāng)風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)，電壓表示數(shù)變大，符合人們的認(rèn)知習(xí)慣；
②無論風(fēng)力大小，電路消耗的總功率較小，節(jié)約電能；
③電壓表的示數(shù)與風(fēng)力的變化成正比，示數(shù)均勻；
（4）建議：①電壓表選用小量程，當(dāng)風(fēng)力變化較小時(shí)，其示數(shù)變化明顯，便于觀察；
②電源電壓、R₁、R₂及電壓表的量程配置要合理，防止風(fēng)力過大時(shí)，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質(zhì)擋風(fēng)板，使風(fēng)力測試儀更加靈敏；
④使用時(shí)，其朝向要正確；
⑤保證金屬絲與R₂接觸良好且摩擦力較小．
答：（l）R_l的作用：保護(hù)電路，防止電流過大燒壞電源；
（2）風(fēng)力為ON、720N時(shí)，電壓表的示數(shù)分別為3V和0V，在電壓表表盤的刻度位置如上圖所示；
（3）評價(jià)：①當(dāng)風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)，電壓表示數(shù)變大，符合人們的認(rèn)知習(xí)慣；
②無論風(fēng)力大小，電路消耗的總功率較小，節(jié)約電能；
③電壓表的示數(shù)與風(fēng)力的變化成正比，示數(shù)均勻；（以上任意兩條均可，其他答案合理也可）
（4）建議：①電壓表選用小量程，當(dāng)風(fēng)力變化較小時(shí)，其示數(shù)變化明顯，便于觀察；
②電源電壓、R₁、R₂及電壓表的量程配置要合理，防止風(fēng)力過大時(shí)，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質(zhì)擋風(fēng)板，使風(fēng)力測試儀更加靈敏；
④使用時(shí)，其朝向要正確；
⑤保證金屬絲與R₂接觸良好且摩擦力較�。�

點(diǎn)評：本題考查了學(xué)生對歐姆定律、串聯(lián)電路特點(diǎn)的掌握和運(yùn)用，能分析出兩實(shí)驗(yàn)裝置的不同和從圖象中得出相關(guān)信息是關(guān)鍵．