Question

5．如圖所示，是紅星中學九年級物理課外實踐活動小組設計的風力測量儀的電路示意圖，其電源電壓U=3V，電路保護電阻R₁=2Ω，均勻電阻絲的阻值為R₃=3Ω，金屬絲（電阻忽略不計）的上端固定在O點，下端系有一塊塑料片A，當風從右向左吹動塑料片時，金屬絲向左擺動并與電阻絲保持良好的接觸，風力表有電壓表改裝而成．
（1）無風時，塑料片豎直下垂，電壓表示數是多少？電路中的電流是多少？
（2）風力最強時，金屬絲滑至電阻絲的最左端，電壓表的示數是多少？
（3）為什么不在電路中串聯電流表，把電流表改裝成風力表．

Answer 1

分析 由電路圖可知，R₁與R₂串聯，電壓表測R₂右端接入電路電阻的阻值．
（1）無風時，電壓表被短路，故電壓為0；電阻絲與保護電阻串聯，由歐姆定律可求得電流；
（2）根據電壓表內阻很及電壓表的連接方式，判斷出電流的流向．風力最強時，金屬絲滑到最左端時，電壓表測R₂上的電壓，則由歐姆定律可求電壓表的示數；
（3）由電路圖可知，電路中的電阻不變，根據歐姆定律可知電路中的電流不變，所以無論風力大小，電流表的示數不變．

解答 解：（1）無風時，塑料片豎直下垂，此時電壓表被短路，電壓表的示數為0伏，R₁與R₂串聯，根據串聯電阻的規律和歐姆定律；電路中的電流為：I=$\frac{U}{{R}_{1}{+R}_{2}}=\frac{3V}{2Ω+3Ω}$=0.6A．
（2）由電路圖可知，電壓表接在變阻器的滑片上，因電壓表內阻很大，所以，無論金屬絲如何擺動，電流要通過全部電阻絲，即金屬絲擺動時，R₂接入電路的電阻不變；
當風力最強時，電壓表的示數即為R₂兩端的電壓；
由于R₂接入電路的電阻不變，則電路中的電流不變，即I₂=I=0.6A，
電壓表的示數：U₂=I₂R₂=0.6A×3Ω=1.8V．
（3）因為無論風力大小，R₂接入電路的電阻不變，電路的總電阻不變，電源電壓一定，所以電路中的電流不發生改變，不能反映風力的大小，因此接入電流表不可行．
答：（1）無風時，塑料片豎直下垂，電壓表示數是0V，電路中的電流是0.6A．
（2）風力最強時，金屬絲滑至電阻絲的最左端，電壓表的示數是1.8V．
（3）風力變化時，接入電路中的總電阻都沒有發生，電源電壓一定，電路中的電流也就不會發生改變，因此接入電流表不可行．

點評 本題聯系實際，考查歐姆定律、串聯電路的規律的靈活應用及對實驗方案的評估能力，解決本題的關鍵是知道金屬絲的擺動時，電路中的電流大小始終不變，只改變了電壓表測量的電壓大�。�有難度．