Question

李珊設(shè)計了一種用電學(xué)原理測南風(fēng)（由南吹向北）和北風(fēng)（由北吹向南）及風(fēng)力級別的儀器，如圖所示，小塑料球P系在細(xì)銅絲（電阻不計）下，懸掛在O點，AB為水平方向固定的一根粗細(xì)均勻的電阻絲（電阻率較大），C點為AB電阻絲的中點，且在O點的正下方，AB與金屬絲接觸良好，可隨風(fēng)的大小及方向自由移動（摩擦不計），當(dāng)風(fēng)越大時，細(xì)銅絲離開C點的位置越大，A 端指向北，B端指向南，R為定值電阻，R=10Ω．無風(fēng)時，細(xì)銅絲與電阻絲的觸點在C點，此時，電流表的示數(shù)0.3A，電源電壓為6V．問：
（1）如果有一天發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)在不斷的變小，可知今天吹______（填“南風(fēng)”或“北風(fēng)”），并且可知風(fēng)的級別在變______（填“大”、“小”或“不變”）
（2）求電阻絲AB的電阻．
（3）如果每增大一級風(fēng)；電路中的電阻將改變1Ω，某天如果吹南風(fēng)5級時，電流表的示數(shù)是多少？
（4）請指出該設(shè)計方案的不足之處（指出一點即可）．

Answer 1

解：（1）電流表的示數(shù)在不斷的變小，說明風(fēng)力不斷增大，電阻絲AB接入電路的阻值逐漸變大，由電路圖可知，當(dāng)金屬絲向北移動時，金屬絲AB接入電路的阻值變大，此時風(fēng)由南向北吹，是南風(fēng)．
故答案為：南風(fēng)；大．
（2）金屬絲在C點時，電流表示數(shù)是0.3A，此時電路總電阻R_總===20Ω，
由串聯(lián)電路的電阻特點知，R_BC=R_總-R=20Ω-10Ω=10Ω，
C在AB的中點，則R_BC=R_AB，R_AB=2R_BC=2×10Ω=20Ω．
答：電阻絲AB的電阻是20Ω．
（3）如果吹南風(fēng)5級，則金屬絲向北移動，電阻增加5Ω，
電阻絲AB接入電路的阻值R′=R_BC+5Ω=10Ω+5Ω=15Ω，
此時電流表的示數(shù)I′===0.24A，
答：某天如果吹南風(fēng)5級時，電流表的示數(shù)是0.24A．
（4）該設(shè)計方案的不足之處有：①無風(fēng)時電流表仍有示數(shù)，不節(jié)能；
②不能測量東風(fēng)、西風(fēng)和其他方向的風(fēng)力變化情況；③風(fēng)力的級別的測量范圍有限等．
分析：（1）電流表示數(shù)不斷變小，說明電阻絲AB接入電路的阻值不斷變大，根據(jù)電路圖判斷金屬絲的移動方向，從而判斷風(fēng)向及風(fēng)力級別如何變化．
（2）根據(jù)金屬絲在C點時，電流表的示數(shù)，由歐姆定律求出電路的總電阻，然后由串聯(lián)電路特點求出金屬絲BC的電阻，進(jìn)一步求出AB的電阻．
（3）根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)電路的特點，求出電流表的示數(shù)．
（4）從該儀器所測風(fēng)向、風(fēng)力大小等方面分析不足之處．
點評：認(rèn)真審題、充分理解題意是正確解題的前提，熟練應(yīng)用歐姆定律、串聯(lián)電路特點是正確解題的關(guān)鍵；解題時要細(xì)心、認(rèn)真，尤其是解第一問時，否則會出錯．