Question

20．閱讀短文，回答問題：
風速及其測量
風是由空氣流動引起的一種自然現象，風既有方向也有快慢．地面氣象觀測中測量的是水平運動的風，用風向和風速表示．
風向標是測定風向的設備．如圖甲所示的風向標是一個形狀不對稱的物體，在風的作用下，對空氣流動產生較大阻力的一端便會轉動至順風方向，從而顯示風向．
風杯式風速計是測量風速的最常用的工具，它主要由三大部分組成：風杯組件、支撐及轉動機構（如支座、軸、轉盤等零件）、信號采集與處理系統．風杯組件由三個圓錐形或半球形的空杯組成，如圖乙所示．空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上，杯的凹面順著一個方向排列，在水平風力的驅動下風杯組件朝著杯凹面后退的方向旋轉，主軸和轉盤在風杯組件的帶動下一起旋轉．風速不變時，風杯穩定后也作勻速轉速，即單位時間內風杯轉過的圈數是一個確定的值，實驗表明，風速越大，風杯的轉速也越大，風杯的轉速與風的速度成正比．
轉盤上固定有N個小磁鐵，當小磁鐵正對磁敏開關時，磁敏開關導通，不正對時，磁敏開關斷開，風杯組件每旋轉一周，電路a、b端就會輸出若干個周期的脈沖信號，其信號如圖所示．信號的頻率隨風速的增大而成正比例地增加．該脈沖信號由計數器計數，經換算后就能得出實際風速值．

（1）風向標是測定風向（風向/風速）的設備，若風從正北方吹來，圖甲所示的風向標的箭頭指向正北（正南/正北）
（2）對于同一個風杯式風速計，若風速增大為原來的2倍，則風杯的轉速變為原來的2倍；圖丙中若以轉盤上的某個磁鐵為參照物，磁敏開關是運動（靜止/運動）的．
（3）測速電路中，開關S閉合，當磁鐵靠近磁敏開關時，電路a、b輸出高電壓（高電壓/低電壓），由圖丁可知電源電壓為5V；
（4）風速恒定時信號采集電路a、b輸出的電壓信號如圖丁所示，若風速增大為某一確定值，則電壓信號圖象中的時間間隔與原來相比A
A．時間間隔（t₂-t₁）減小，時間間隔（t₃-t₂）減小
B．時間間隔（t₂-t₁）增大，時間間隔（t₃-t₂）增大
C．時間間隔（t₂-t₁）減小，時間間隔（t₃-t₂）增大
D．時間間隔（t₂-t₁）增大，時間間隔（t₃-t₂）減小
（5）若題中N=10，t₁=0.15s，t₂=0.20s，t₃=0.35s，由此可知風杯組件（或轉盤）的轉速為每分鐘30轉．

Answer 1

分析 （1）閱讀短文可知風向標的作用；由圖甲可知吹北風時風向標的箭頭的指向；
（2）由風杯的轉速與風的速度成正比分析風速增大為原來的2倍，則風杯的轉速情況；
以轉盤上的某個磁鐵為參照物，分析磁敏開關相對磁鐵的位置關系是否變化，確定磁敏開關的運動狀態；
（3）根據小磁鐵正對磁敏開關時，磁敏開關導通，不正對時，磁敏開關斷開，分析磁鐵靠近磁敏開關時，分析電路a、b端電壓；由丙圖電路，根據丁圖可直接讀出電源電壓；
（4）信號的頻率隨風速的增大而成比例地增加，由此分析風速增大為某一確定值，則電壓信號圖象中的時間間隔情況；
（5）已知轉盤上固定小磁鐵個數N=10，根據一個磁鐵通過磁敏開關所用時間，計算轉盤轉一周的時間，從而計算出轉盤每分鐘的轉速．

解答 解：
（1）閱讀短文可知，風向標是測定風向的設備，由甲圖風從正北吹來，風向標右側迎風面積大，受力大，所以風向標轉動后，箭頭指向正北；
（2）由短文可知，風杯的轉速與風的速度成正比，所以對于同一風杯式風速計，若風速增大為原來的2倍，則風杯的轉速變為原來的2倍；
由題以轉盤上的某個磁鐵為參照物，磁敏開關相對磁鐵的位置是變化的，即磁敏開關是運動的；
（3）由題可知，小磁鐵正對磁敏開關時，磁敏開關導通，不正對時，磁敏開關斷開．所以當磁鐵靠近磁敏開關時，電路導通，電路a、b端有電壓輸出，即為高電壓；反之電路斷路，電路a、b端無電壓輸出，為低電壓；
由丙圖電路中磁敏開關與R和電源組成一個簡單電路，由丁圖，當電路接通時a、b端輸出電壓等于電源電壓5V；
（4）因為信號的頻率隨風速的增大而成比例地增加，由此分析風速增大為某一確定值，導通電路的時間間隔越小，故選A；
（5）由題和圖象可知，每一個磁鐵轉過磁敏開關都有一次脈沖信號，完成一個磁鐵通過的時間為t=t₂=0.2s，
轉盤上固定小磁鐵個數N=10，
所以轉盤轉一周所用時間T=10t=10×0.2s=2s，
所以轉盤每分鐘的轉速=$\frac{60s}{2s/轉}$=30轉．
故答案為：
（1）風向；正北；（2）2；運動；（3）高電壓；5；（4）A；（5）30．

點評 本題是一道以風速及其測量的應用的閱讀題，閱讀量大，關鍵由問題從題干找到原理和結合圖示分析說明，要細心．本題也體現了物理在生活和生產的廣泛應用，生活中我們要多觀察、多思考．