Question

張紅和李明兩同學分別設計了如圖中甲、乙所示的風力測量儀．所用器材相同，已知電源電壓為U=3V保持不變，電路保護電阻阻值為R₁=2Ω，線狀均勻電阻絲的全電阻阻值為R₂=3Ω，木球用金屬絲懸掛于O點，O點接入電路．且金屬絲和線狀電阻絲接觸良好．無風時，金屬絲剛好豎直接觸于電阻絲最右端．（金屬絲電阻和質(zhì)量不計）

（1）對于甲電路，風力增大，電壓表示數(shù)______（選填“增大”、“減少”或“不變”），對于乙電路，風力增大，電壓表示數(shù)______（選填“增大”、“減少”或“不變”）；所以選擇______（選填“甲”或“乙”）電路比較好．
（2）無風時，甲、乙兩電路中的電壓表示數(shù)分別是多大？
（3）對其中某一電路而言，風力和電壓表示數(shù)是正比關系，且最大能測的風力已知為F_m=0.5N（此時金屬絲擺到電阻絲最左端）．求該電路電壓表示數(shù)為U時對應的風力F的大小表達式（F≤F_m）．

Answer 1

【答案】分析：（1）對于甲電路，電阻絲與保護電阻串聯(lián)，電壓表測量的是接入電路部分電阻絲兩端的電壓，隨著風力的增大，接入電路部分的電阻在減小，根據(jù)歐姆定律可知電路電流的變化，進而求出電壓表示數(shù)的變化；
對于乙電路，電阻絲與保護電阻串聯(lián)，電阻絲全部接入電路，隨著風力的增大，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)的變化．
（2）無風時，對于甲電路，兩電阻串聯(lián)，電壓表測量電阻絲兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律可求電路電流，進一步求出電阻絲兩端的電壓；
無風時，對于乙電路，兩電阻串聯(lián)，電壓表所在電路電阻絲的電阻為0，所以電壓表示數(shù)為0．
（3）風力和電壓表示數(shù)正比關系的電路是乙電路，根據(jù)歐姆定律求出風力最大時電壓表的示數(shù)，再根據(jù)正比關系列出等式求出表達式．
解答：解：（1）對于甲電路，隨著風力的增大，接入電路部分的電阻在保護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，保護電阻兩端的電壓在變大，電壓表示數(shù)在變小；
對于乙電路，隨著風力的增大，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，隨著風力的變大電壓表示數(shù)變大，這個電路比較好．
故答案為：減小；增大；乙．
（2）無風時，對于甲電路，I_甲===0.6A，電壓表示數(shù)U_甲=I_甲R₂=0.6A×3Ω=1.8V，
對于乙電路，電壓表所在電路電阻絲的電阻為0，所以電壓表示數(shù)為0V．
答：無風時，甲、乙兩電路中的電壓表示數(shù)分別是1.8V和0V．
（3）此電路是乙電路，當風力最大時，電壓表對應的讀數(shù)U_m=×R₂=0.6A×3Ω=1.8V，
由于風力和電壓表的讀數(shù)是正比關系，所以
==，
整理得：F=U．
點評：本題考查電流、電壓的計算，以及風力和電壓的表達式，關鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是分析兩個電路圖的連接情況以及風力與電壓的關系．