Question

【題目】如圖所示，甲是小聰設(shè)計(jì)的一種測定風(fēng)力的裝置示意圖。一根由絕緣材料制成的輕質(zhì)彈簧穿在光滑的金屬桿上，金屬桿左端M通過線連人電路，彈簧右端與迎風(fēng)板連接，導(dǎo)線接在迎風(fēng)板上N點(diǎn)并可隨迎風(fēng)板在金屬桿上滑動(dòng)且與金屬桿接觸良好均勻金屬桿的阻值隨長度均勻變化，測量時(shí)讓迎風(fēng)板止對風(fēng)吹來的方向，電壓表示數(shù)會(huì)隨風(fēng)力大小而變化。小聰聽物理老師講過電源內(nèi)部其實(shí)是有電阻的，于是他把電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析成如圖乙所示，若已知電源電壓E＝4.5V，定值電阻R＝0.5Ω，電源內(nèi)阻r＝0.5Ω，金屬桿接入電路中的電阻R2與迎風(fēng)板所承受風(fēng)力F的關(guān)系如圖丙所示。求

（1）無風(fēng)時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率Pr；

（2）若要把電壓表改為風(fēng)力表，電壓表為U1＝1.5V刻度處所標(biāo)風(fēng)力F1的值。

Answer 1

【答案】（1）0.5W（2）600N

【解析】

（1）由圖甲知，電源、金屬桿以及定值電阻R串聯(lián)，由圖象可知無風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的阻值，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律先計(jì)算電路中電流，再由P＝I2R計(jì)算電源內(nèi)部的發(fā)熱功率；

（2）由電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算電壓表1.5V時(shí)電路的電流，從而計(jì)算此時(shí)金屬桿連入電路的阻值，由圖象讀出此時(shí)的風(fēng)力值。

解：

（1）由圖甲知，電源、金屬桿以及定值電阻R串聯(lián)，

由圖丙知，無風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的阻值Rx0＝3.5Ω，

由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得，電路中電流：

，

所以電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：Pr＝I2Rr＝（1A）2×0.5Ω＝0.5W；

（2）由圖知電壓表測金屬桿兩端電壓，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得，此時(shí)電路中電流：

，由歐姆定律可得此時(shí)金屬桿連入電路的阻值：

，

由圖象知，此時(shí)風(fēng)力為600N，即電壓表1.5V刻度處所標(biāo)風(fēng)力F1的值應(yīng)為600N。

答：（1）無風(fēng)時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為0.5W；

（2）若要把電壓表改為風(fēng)力表，電壓表1.5V刻度處所標(biāo)風(fēng)力F1的值為600N。