Question

某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图甲所示。迎风板与一轻质弹簧一端连接，穿在光滑的金属杆上，弹簧由绝缘材料制成，均匀金属杆的阻值随长度均匀变化，工作时迎风板总是正对风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在迎风板上N点并可随迎风板在金属杆上滑动，两端导线与金属杆均接触良好。已知电源电压恒为4.5V，定值电阻R＝1.0Ω。金属杆接入电路中的电阻R_x与迎风板所承受风力F的关系如图乙所示。
（1）若在电路中接入一电压表，使电压表示数随风力的增大而增大，请在图甲中适当位置画出电压表；
（2）无风时，求电压表的示数和定值电阻R消耗的电功率；
（3）如果电压表的量程为0～3V，求该装置所能测量的最大风力。

Answer 1

解：
（1）电压表与定值电阻R并联，如图所示

（2）无风时，定值电阻R与金属杆串联，此时金属杆接入电路中的电阻R_x为3.5Ω
，，。
（3）当电压表示数为3V时，，，
，。
分析图像可知最大风力为720N。