Question

【題目】在中學(xué)生創(chuàng)新大賽中，我市某初中參賽小組設(shè)計了一種測定風(fēng)力的裝置（如圖甲），迎風(fēng)板與壓敏電阻Rx連接，工作時迎風(fēng)板總是正對風(fēng)吹來的方向。壓敏電阻的阻值隨風(fēng)力變化而變化，其阻值Rx與風(fēng)力F關(guān)系如圖乙所示。已知電源電壓恒為5V，定值電阻R＝5歐。

（1）開關(guān)閉合后，風(fēng)力增加時，電壓表的示數(shù)是增大還是減��？（不用說明理由）

（2）求無風(fēng)時，壓敏電阻的功率？

（3）如果電壓表的量程為0﹣3V，求該裝置所能測量的最大風(fēng)力？

Answer 1

【答案】（1）電壓表的示數(shù)是增大；（2）1.22W；（3）366.7N。

【解析】

（1）由甲電路圖可知，R與Rx串聯(lián)，電壓表測R兩端的電壓，由圖乙可知風(fēng)力增大時Rx阻值的變化情況，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化和電壓表示數(shù)的變化；

（2）由圖乙可知無風(fēng)時Rx的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)P＝I2R求出壓敏電阻Rx消耗的電功率；

（3）當(dāng)所測風(fēng)力最大時，Rx的阻值最小，電路中電流最大，則電壓表的示數(shù)最大，根據(jù)歐姆定律求出電壓表示數(shù)最大時電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出壓敏電阻的阻值，根據(jù)圖乙可知該裝置所能測量的最大風(fēng)力。

解：（1）由電路圖可知，電阻R與壓敏電阻Rx串聯(lián)，電壓表測電阻R兩端的電壓，開關(guān)閉合后，風(fēng)力增加時，壓敏電阻Rx的阻值變小，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，Rx兩端的電壓變小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓關(guān)系可得，電阻R兩端的電壓變大，電壓表示數(shù)增大；

（2）無風(fēng)時，由圖乙可知，壓敏電阻Rx=7Ω，因為電阻R與壓敏電阻Rx串聯(lián)，所以電路中的電流，

根據(jù)P=I2R可得，壓敏電阻的功率；

（3）由圖象可知Rx與F圖線為一次函數(shù)， ，

當(dāng)F=0時，Rx=7Ω，所以 ，可得：b=7Ω，

當(dāng)F=600N時，Rx=1Ω，所以，可得： ，則： ，當(dāng)所測風(fēng)力最大時，Rx的阻值最小，電路中電流最大，則電壓表的示數(shù)最大，即UR=3V，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓： ，

因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電路中的電流：

，

則壓敏電阻的阻值，

所以，

解得：F≈366.7N，

該裝置所能測量的最大風(fēng)力為366.7N。

答：（1）電壓表的示數(shù)增大；（2）1.22W；（3）366.7N。