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【题目】图甲是某班科技小组设计的风力测定装置示意图,图乙是其电路图.电阻R′随风力变化关系如图丙所示.已知电源电压恒为9V,定值电阻R0=2Ω,电压表量程为0~3V.使用该装置测定风力,则
(1)电阻R′的阻值随风力的增大怎样变化?
(2)求无风时电压表的示数.
(3)如果保持电压表量程不变,且只能在电路中增加一个电阻R,使该装置能测量的最大风力增加到900N,计算电阻R的阻值,并说明其连接方式.
(4)计算改装后该装置电路总功率的变化范围.(计算结果保留一位小数)

【答案】
(1)解:由图甲可知,随风力的增大,金属杆接入电路的长度变短,

电阻变小,所以电阻R′随风力增大而减小.

答:电阻R′随风力增大而减小.


(2)解:由图丙可知,无风时 R′=16Ω,

此时电路电流I= = =0.5A,

电压表示数U0=IR0=0.5A×2Ω=1V,

答:无风时电压表的示数是1V.


(3)解:当风力增加到900N时,由图丙可知R′=1Ω,

保持电压表量程不变,即U0=3V,

电压表示数是3V时,电路电流I′= = =1.5A,

此时电路总电阻R= = =6Ω>R0+R′,

应在电路中串联一个电阻R,R=R﹣R0﹣R′=6Ω﹣2Ω﹣1Ω=3Ω,

答:应在电路中串联一个阻值为3Ω的电阻.


(4)解:由图丙可知,R′的最大阻值为R最大′=16Ω,

电路最小电功率P最小= = ≈3.9W,

由图丙可知,R′的最小阻值为R最小′=1Ω,

电路的最大功率P最大= = =13.5W,

则功率的变化范围是3.9W≤P≤13.5W.

答:改装后该装置电路总功率的变化范围是3.9W≤P≤13.5W.


【解析】(1)由图甲可知,随风力的增大,挡风板向左移动,金属导体杆接入电路的长度变短,接入电路的阻值变小.(2)由图乙知,电压表测电阻R0两端的电压,无风时风力F=0N,由图丙找出此时电阻R′的阻值,然后由串联电路的特点及欧姆定律求出电路电流,最后由U=IR求出电压表示数.(3)由欧姆定律求出电压表示数为3V时的电路电流,然后由欧姆定律求出电路总电阻,根据电路总电阻及串联电路特点判断接入的电阻接法并求出其阻值.(4)由图丙求出电阻R′的最大阻值及最小阻值,由串联电路特点及电功率公式P= 求出电路的最小电功率及最大电功率,然后确定电功率的范围.
【考点精析】认真审题,首先需要了解滑动变阻器的使用(滑动变阻器的正确使用:A、应串联在电路中使用;B、接线要“一上一下”;C、通电前应把阻值调至最大的地方),还要掌握欧姆定律及其应用(欧姆定律的应用: ① 同一个电阻,阻值不变,与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时,通过的电流也增大.(R=U/I) ② 当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R) ③ 当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR))的相关知识才是答题的关键.

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实验次数

电阻R/Ω

电流I/A

1

5

0.48

2

10

0.24

3

20

0.12


(1)连接电路时开关应(选填“断开”或“闭合”).
(2)某次实验时电压表的示数如图所示,则R两端的电压是V.
(3)实验中,小红分别把5Ω、10Ω、20Ω的电阻接入电路做三次实验,每次闭合开关后,调节滑动变阻器,使保持不变,记录电流表示数,如上表格所示.
(4)分析表格数据,得出结论:
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