Question

【題目】小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的風(fēng)級(jí)測量儀。已知電源電壓 U=6V 且保持不變，R1 為保護(hù)電阻，弧狀均勻電阻絲長為 9cm，其總電阻 R2=9Ω，塑料小球用金屬絲懸掛于 O 點(diǎn)，O 點(diǎn)接入電路，金屬絲與弧狀電阻絲接觸良好。無風(fēng)時(shí)，金屬絲剛好豎直接觸電阻絲的最右端，金屬絲電阻和質(zhì)量不計(jì)，該風(fēng)級(jí)測量儀顯示器是由電壓表改裝的，電壓表的量程為 0~3V，所能顯示的最大風(fēng)級(jí)為 6 級(jí)，此時(shí)金屬絲剛好接觸電阻絲的最左端 A 點(diǎn)，電壓表指針也剛好在最大刻度處，風(fēng)級(jí)與金屬絲在 R2 上滑動(dòng)的距離 x（從右端算起）之間的關(guān)系如圖乙所示。

（1）無風(fēng)時(shí)金屬絲豎直下垂，此時(shí)塑料小球受重力和______力，這兩個(gè)力是一對(duì)___（選填“相互作用力”或“平衡力”）。

（2）求電阻 R1 的阻值___。

（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)是 2V 時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)級(jí)為多少級(jí)____？

（4）有同學(xué)建議小明將電壓表換成電流表串聯(lián)在電路中，用電流表的示數(shù)來反應(yīng)風(fēng)級(jí)的大小，你認(rèn)為此方法是否可行，請(qǐng)說明原因_____。

Answer 1

【答案】金屬絲的拉力平衡力9Ω4 級(jí)不可行，因?yàn)闊o論風(fēng)級(jí)是否變大，電路中的電流不變

【解析】

（1）金屬絲豎直下垂時(shí)小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，即受到的重力和金屬絲的拉力是一對(duì)平衡力；
（2）因電壓表在電路中相當(dāng)于斷路，則由電路圖可知，R1與R2的最大阻值串聯(lián)，電壓表測金屬絲在R2上的滑動(dòng)距離x部分兩端的電壓；
由題意可知，當(dāng)金屬絲剛好接觸于電阻絲的最左端時(shí)，R2=9Ω，U2=3V，
因?yàn)榇��?lián)電路中各處的電流相等，所以根據(jù)歐姆定律可得，電路中的電流：

因?yàn)榇��?lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以R1兩端的電壓：
，
則R1的電阻：
。
（3）風(fēng)力變化時(shí)，電路中的電阻不變，電流不變，當(dāng)電壓表的示數(shù)為2V時(shí)，與電壓表并聯(lián)部分的電阻：

因?yàn)榛�狀均勻電阻絲長為9cm，其總電阻為9Ω，所以金屬絲在R2上的滑動(dòng)距離：

由乙圖可知，此時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)力是4級(jí)；
（4）由圖知，因?yàn)闊o論風(fēng)力大小，電路中的總電阻不變，電源電壓又一定，根據(jù)歐姆定律知，電路中的電流不會(huì)發(fā)生改變，因此不能用電流表的示數(shù)來反映風(fēng)級(jí)的大小。