Question

小明设计了一个风力测定仪，如图所示，O是转动轴，OC是轻质金属杆，AB是一段圆弧电阻，金属杆下面链接着受风板D，P点是金属杆与圆弧电阻的接触点．OC可以在AB上滑动．无风时，OC是竖直的，凤越强，OC杆偏转的角度越大，闭合开关后，由电流表示数可以粗略确定风力的大小关系．电源电压为6V．
（1）说出电路中电流大小与风力大小关系．
（2）较小的风力使电流表指针有较大的偏转，则风力测定仪灵敏度高．请列举两条提高风力测定仪灵敏度的措施．
（3）若把电流换成一个“2.5V，1W”的小灯泡，某风力下小灯泡正常发光2min，求圆弧电阻在这段时间内消耗的电能．

Answer 1

解：（1）当风力越大时，AB圆弧形电阻接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，根据I=可知，电路中的电流变大．所以电路中电流越大，风力越大；
答：电路中电流越大，风力越大．
（2）要提高装置反映风力大小的性能和灵敏度，可以使电流表接在小量程上、减小金属滑杆与圆弧电阻间的摩擦，减小金属滑杆OC质量．
答：电流表接在小量程上，减小金属滑杆与圆弧电阻间的摩擦．
（3）电路中的电流I===6.25A，
圆弧电阻两端的电压U_BP=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
圆弧电阻2min消耗的电能W=U_BPIt=3.5V×6.25A=21.875J．
答：圆弧电阻在这段时间内消耗的电能为21.875J．
分析：（1）由图可知风力变化时，AB圆弧形电阻接入电路电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化．
（2）要提高装置反映风力大小的性能和灵敏度，可以使电流表接在小量程上、减小金属滑杆与圆弧电阻间的摩擦，减小金属滑杆OC质量．
（3）灯泡正常发光，利用灯泡的额定电压和额定功率求出电路中的电流；再根据串联电路电压的特点求出圆弧电阻两端的电压；利用电能计算公式W=UIt求出圆弧电阻在这段时间内消耗的电能．
点评：本题考查了串联电路电压和电流的特点，以及学生对滑动变阻器实质的理解，灵活运用欧姆定律、电功、电功率解决实际问题的能力．认识到金属杆OC与弧形电阻AB组合是一个滑动变阻器是解题的关键．