Question

如甲圖所示是某小組同學(xué)制作的一個(gè)風(fēng)力測(cè)試儀．電源電壓為4V，R₁=lOΩ，R₂=30Ω，R₂是粗細(xì)均勻的電阻絲，木球用金屬絲（電阻不計(jì)）懸掛于A點(diǎn)，A點(diǎn)接入電路且金屬絲與線狀電阻R₂接觸良好，無(wú)風(fēng)時(shí)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(fēng)力F的關(guān)系如圖乙所示．

（l）分析R_l的作用．
（2）請(qǐng)通過(guò)計(jì)算得出風(fēng)力為ON、720N時(shí)，電壓表的示數(shù)．并在電壓表表盤（圖丙）上標(biāo)出風(fēng)力為ON、720N的刻度位置．
（3）小組的同學(xué)認(rèn)為此裝置存在一些不足，于是他們利用現(xiàn)有的器材對(duì)此裝置進(jìn)行了改進(jìn)（圖�。┧�示．針對(duì)甲圖裝置的不足請(qǐng)你對(duì)他們改進(jìn)的電路進(jìn)行合理評(píng)價(jià)（至少寫(xiě)出兩條）．
（4）請(qǐng)你對(duì)改進(jìn)后的裝置在制作或使用過(guò)程，應(yīng)注意的問(wèn)題提出兩條合理的建議．

Answer 1

分析：（1）分析圖甲，當(dāng)風(fēng)力最大時(shí)，R₂連入電阻為0，為了保護(hù)電源、電路連入了R₁；
（2）由圖乙可知當(dāng)風(fēng)力為0N、720N時(shí)，R₂連入電阻的阻值大小，根據(jù)電阻的串聯(lián)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(shù)，并在電壓表上標(biāo)出指針位置；
（3）先分析兩裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并利用歐姆定律判斷電路中電流的變化，可以從人民的習(xí)慣、節(jié)約電能、電壓表示數(shù)變化和風(fēng)力的變化關(guān)系進(jìn)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(guò)程中要注意的事項(xiàng)．

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

U

R1+R2

=

4V

10Ω+30Ω

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

（3）對(duì)于甲電路，隨著風(fēng)力的增大，接入電路部分的電阻在保護(hù)電阻兩端的電壓在變大，電壓表示數(shù)在變小，根據(jù)歐姆定律可知電路電流在變大，保護(hù)電阻兩端的電壓在變大，電壓表示數(shù)在變��；對(duì)于乙電路，隨著風(fēng)力的增大，電壓表所測(cè)量的電阻在變大，電路電流不變，根據(jù)歐姆定律可知電壓表示數(shù)在變大，隨著風(fēng)力的變大電壓表示數(shù)變大；
改進(jìn)的電路：①當(dāng)風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)，電壓表示數(shù)變大，符合人們的認(rèn)知習(xí)慣；
②無(wú)論風(fēng)力大小，電路消耗的總功率較小，節(jié)約電能；
③電壓表的示數(shù)與風(fēng)力的變化成正比，示數(shù)均勻；
（4）建議：①電壓表選用小量程，當(dāng)風(fēng)力變化較小時(shí)，其示數(shù)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(fēng)力過(guò)大時(shí)，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質(zhì)擋風(fēng)板，使風(fēng)力測(cè)試儀更加靈敏；
④使用時(shí)，其朝向要正確；
⑤保證金屬絲與R₂接觸良好且摩擦力較�。�
答：（l）R_l的作用：保護(hù)電路，防止電流過(guò)大燒壞電源；
（2）風(fēng)力為ON、720N時(shí)，電壓表的示數(shù)分別為3V和0V，在電壓表表盤的刻度位置如上圖所示；
（3）評(píng)價(jià)：①當(dāng)風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)，電壓表示數(shù)變大，符合人們的認(rèn)知習(xí)慣；
②無(wú)論風(fēng)力大小，電路消耗的總功率較小，節(jié)約電能；
③電壓表的示數(shù)與風(fēng)力的變化成正比，示數(shù)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(dāng)風(fēng)力變化較小時(shí)，其示數(shù)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(fēng)力過(guò)大時(shí)，損壞電路；
③將小球換成面積較大輕質(zhì)擋風(fēng)板，使風(fēng)力測(cè)試儀更加靈敏；
④使用時(shí)，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(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)歐姆定律、串聯(lián)電路特點(diǎn)的掌握和運(yùn)用，能分析出兩實(shí)驗(yàn)裝置的不同和從圖象中得出相關(guān)信息是關(guān)鍵．