Question

李珊設(shè)計了一種用電學原理測南風（由南吹向北）和北風（由北吹向南）及風力級別的儀器，如圖所示，小塑料球P系在細銅絲（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，可隨風的大小及方向自由移動（摩擦不計），當風越大時，細銅絲離開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．無風時，細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”或“北風”），并且可知風的級別在變______（填“大”、“小”或“不變”）
（2）求電阻絲AB的電阻．
（3）如果每增大一級風；電路中的電阻將改變1Ω，某天如果吹南風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，當金屬絲向北移動時，金屬絲AB接入電路的阻值變大，此時風由南向北吹，是南風．
故答案為：南風；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無風時電流表仍有示數(shù)，不節(jié)能；
②不能測量東風、西風和其他方向的風力變化情況；③風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，從而判斷風向及風力級別如何變化．
（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）從該儀器所測風向、風力大小等方面分析不足之處．
點評：認真審題、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；解題時要細心、認真，尤其是解第一問時，否則會出錯．