Question

如甲圖所示是某小組同學制作的一個風力測試儀．電源電壓為4V，R₁=lOΩ，R₂=30Ω，R₂是粗細均勻的電阻絲，木球用金屬絲（電阻不計）懸掛于A點，A點接入電路且金屬絲與線狀電阻R₂接觸良好，無風時金屬絲剛好接觸于電阻絲最右端．電阻絲R₂接入電路的電阻與小球所能承受風力F的關系如圖乙所示．

（l）分析R_l的作用．
（2）請通過計算得出風力為ON、720N時，電壓表的示數．并在電壓表表盤（圖丙）上標出風力為ON、720N的刻度位置．
（3）小組的同學認為此裝置存在一些不足，于是他們利用現有的器材對此裝置進行了改進（圖丁）所示．針對甲圖裝置的不足請你對他們改進的電路進行合理評價（至少寫出兩條）．
（4）請你對改進后的裝置在制作或使用過程，應注意的問題提出兩條合理的建議．

Answer 1

分析：（1）分析圖甲，當風力最大時，R₂連入電阻為0，為了保護電源、電路連入了R₁；
（2）由圖乙可知當風力為0N、720N時，R₂連入電阻的阻值大小，根據電阻的串聯和歐姆定律求出電路中的電流，再利用U=IR求R₂兩端的電壓即為電壓表的示數，并在電壓表上標出指針位置；
（3）先分析兩裝置的結構特點，并利用歐姆定律判斷電路中電流的變化，可以從人民的習慣、節約電能、電壓表示數變化和風力的變化關系進行解答；
（4）可以從電路的組裝和器材的選擇等方面提出在制作或使用過程中要注意的事項．

解答：解：（l）當風力最大時，R₂連入電阻為0，為了保護電路，防止電流過大燒壞電源，連入了R₁；
（2）當F=ON時，由圖乙可知，R₂=30Ω，
根據歐姆定律可得，此時電路中的電流：
I=

U

R1+R2

=

4V

10Ω+30Ω

=0.1A，
電壓表的示數為：
U₂=IR₂=0.1A×30Ω=3V；
當F=72ON時，由圖乙可知，R₂=0，電壓表被短路，示數為0；
風力為ON、720N的刻度位置如圖所示：

（3）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，電壓表示數在變小，根據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，根據歐姆定律可知電壓表示數在變大，隨著風力的變大電壓表示數變大；
改進的電路：①當風力增強時，電壓表示數變大，符合人們的認知習慣；
②無論風力大小，電路消耗的總功率較小，節約電能；
③電壓表的示數與風力的變化成正比，示數均勻；
（4）建議：①電壓表選用小量程，當風力變化較小時，其示數變化明顯，便于觀察；
②電源電壓、R₁、R₂及電壓表的量程配置要合理，防止風力過大時，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質擋風板，使風力測試儀更加靈敏；
④使用時，其朝向要正確；
⑤保證金屬絲與R₂接觸良好且摩擦力較小．
答：（l）R_l的作用：保護電路，防止電流過大燒壞電源；
（2）風力為ON、720N時，電壓表的示數分別為3V和0V，在電壓表表盤的刻度位置如上圖所示；
（3）評價：①當風力增強時，電壓表示數變大，符合人們的認知習慣；
②無論風力大小，電路消耗的總功率較小，節約電能；
③電壓表的示數與風力的變化成正比，示數均勻；（以上任意兩條均可，其他答案合理也可）
（4）建議：①電壓表選用小量程，當風力變化較小時，其示數變化明顯，便于觀察；
②電源電壓、R₁、R₂及電壓表的量程配置要合理，防止風力過大時，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質擋風板，使風力測試儀更加靈敏；
④使用時，其朝向要正確；
⑤保證金屬絲與R₂接觸良好且摩擦力較小．

點評：本題考查了學生對歐姆定律、串聯電路特點的掌握和運用，能分析出兩實驗裝置的不同和從圖象中得出相關信息是關鍵．