Question

【題目】在綜合實踐活動中，科技小組設(shè)計了一個能反映水平風力大小的裝置，如圖甲所示，電源電壓恒為16V， R0 為定值電阻，L 為額定電壓是 2.5V 的小燈泡，其 I﹣U 關(guān)系的部分數(shù)據(jù)如圖乙所示，AB 為長14cm、阻值 60Ω 粗細均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長度成正比），OP 為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個金屬圓球 P。閉合開關(guān) S，無風時，OP 下垂并與 A 端接觸，此時電流表示數(shù)為 0.2A； 有風時，OP 繞懸掛點 O 轉(zhuǎn)動，風對球的作用力 F 方向始終水平向右，已知 OP 金屬桿與 AB 接觸點每 遠離 A 點 1cm 受到的力均為 0.5N，OP 始終與 AB 接觸良好且無摩擦；求：

(1)電流表示數(shù)為 0.2A 時，燈泡的電阻為多少 Ω？

(2)無風時 R0 兩端的電壓？

(3)為保護電路，允許風對球施加的最大作用力？

Answer 1

【答案】(1)5Ω (2)3V (3)3.5N

【解析】

(1)由圖可知，燈泡、定值電阻和電阻絲串聯(lián)；因串聯(lián)電路電流處處相等，所以，當電流表示數(shù)為0.2A時，通過燈泡的電流為0.2A，由圖乙可知此時燈泡兩端的電壓為1V，則根據(jù)可得，燈泡的電阻：

(2)無風時，OP下垂并與A端接觸，電阻絲接入阻值最大為60，根據(jù)可得，電阻絲兩端的電壓：

根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和可得，兩端的電壓：

(3)根據(jù)可得的阻值：

由于燈泡的額定電壓為2.5V，則電路中最大電流等于燈泡正常工作時的電流，由圖乙可知最大電流為，此時風對球的壓力最大，OP繞O轉(zhuǎn)動的角度最大，設(shè)此時OP與AB的接觸點為C，則根據(jù)歐姆定律可得，兩端的電壓：

因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以兩端的電壓：

根據(jù)可得此時電阻絲連入電路的電阻：

由于電阻絲的電阻與電阻絲的長度成正比，則：

所以

則

因此OP 金屬桿與 AB 接觸點遠離 A 點 7cm，此時風對球施加的最大作用力為：

答：(1)電流表示數(shù)為 0.2A 時，燈泡的電阻為5Ω；

(2)無風時 R0 兩端的電壓為3V；

(3)為保護電路，允許風對球施加的最大作用力為3.5N。