Question

7．如圖所示，是紅星中學(xué)九年級(jí)物理課外實(shí)踐活動(dòng)小組設(shè)計(jì)的風(fēng)力測(cè)量?jī)x的電路示意圖．其電源電壓U=3V，電路保護(hù)電阻R₁=20Ω，均勻電阻絲的阻值為R₂=3Ω，金屬 絲（電阻忽略不計(jì)）的上端固定在0點(diǎn)，下端系有一塊塑料片A，當(dāng)風(fēng)從右向左吹動(dòng)塑料片時(shí)，金屬絲向左擺動(dòng)并與電阻絲保持良好的接觸，風(fēng)力表由電壓表改裝而成．
（1）無(wú)風(fēng)時(shí)，塑料片豎直下垂，電壓表示數(shù)是多少？電路中的電流是多少？（計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù)）
（2）風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，金屬絲滑至電阻絲的最左端，電壓表的示數(shù)是多少？
（3）如果將圖中的電壓表改換為電流表，請(qǐng)計(jì)算這種情況下電流表的示數(shù)范圍多大？

Answer 1

分析 （1）無(wú)風(fēng)時(shí)，電壓表被短路，故電壓為0；電阻絲與保護(hù)電阻串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流；
（2）風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，金屬絲滑至電阻絲的最左端，此時(shí)電路中的總電阻不變，電路中的電流不變，電壓表測(cè)R₂兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電壓表的示數(shù)；
（3）將圖中的電壓表改換為電流表，無(wú)風(fēng)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，電流表被短路，此時(shí)示數(shù)最��；當(dāng)風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，此時(shí)電路中的電流最大，根據(jù)歐姆定律求出其大小，進(jìn)一步得出答案．

解答 解：（1）無(wú)風(fēng)時(shí)，塑料片豎直下垂，電壓表被短路，示數(shù)為0V；
此時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{3V}{20Ω+3Ω}$≈0.13A；
（2）風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，金屬絲滑至電阻絲的最左端，
此時(shí)電路中的總電阻不變，電路中的電流不變，電壓表測(cè)R₂兩端的電壓，
則電壓表的示數(shù)：
U₂=IR₂=0.13A×3Ω=0.39V；
（3）將圖中的電壓表改換為電流表，
無(wú)風(fēng)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，電流表被短路，此時(shí)示數(shù)最小，最小為0A；
當(dāng)風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，電流表的示數(shù)最大，
則I′=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
所以，電流表示數(shù)范圍是0A～0.15A．
答：（1）無(wú)風(fēng)時(shí)，塑料片豎直下垂，電壓表示數(shù)是0V，電路中的電流是0.13A；
（2）風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)，金屬絲滑至電阻絲的最左端，電壓表的示數(shù)是0.39V；
（3）如果將圖中的電壓表改換為電流表，電流表的示數(shù)范圍為0A～0.15A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電阻的串聯(lián)和歐姆定律的應(yīng)用，要注意電壓表改換為電流表前，金屬絲的擺動(dòng)不影響電路的結(jié)構(gòu)，只是改變了與電壓表并聯(lián)部分，即改變了電壓表測(cè)量的電阻；改換后金屬絲的擺動(dòng)影響電路的結(jié)構(gòu)．