Question

【題目】小明、小亮和小敏共同設計了一種測定水平方向風力的裝置。其原理如圖（甲）所示：絕緣輕彈簧的左端固定在O點，右端與中心有孔、表面豎直的金屬迎風板相連，一起套在左端也固定在O點的粗細均勻、電阻隨長度均勻變化，且水平放置的金屬桿上，迎風板與金屬桿接觸良好；電路中左端導線與金屬桿的左端相連，右端導線連接在迎風板上并可隨迎風板移動，R是定值電阻，a、b、c、d為四個接線柱。

(1)在他們的設計中，若要求在風力增大時，接入電路的電表的示數也隨之而增大，則應該（________）

A．在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導線

B．只在a、b之間接電流表

C．在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導線

D．只在c、d之間接電壓表

(2)為了較準確的測出水平方向風力的大小，三位同學先對選定的輕彈簧和金屬桿進行了兩項測量；

①小明利用測量的數據作出了原長為40cm的輕彈簧的長度L與所受壓力F的關系圖像[見圖（乙）]。由圖可知：該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加________N；

②小亮和小敏設計了圖（丙）所示的電路，用來測量長度為50cm的金屬桿的電阻。他們備選的部分器材有：

A．電源（能夠提供3V的穩定電壓）

B．電流表A（量程0~0.6A）

C．電壓表V（量程0~3V）

D．滑動變阻器R1（阻值變化范圍為0~5Ω）

E．滑動變阻器R2（阻值變化范圍為0~10Ω）選好器材后，小亮和小敏在實驗中正確操作，他們記錄的測量數據如下表。

實驗次數	1	2	3	4	5
A表示數I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
V表示數U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

根據他們的測量數據可以知道：他們實驗中選用的滑動變阻器是_____（填器材的序號字母）；他們測出的金屬桿的電阻是_______Ω；

(3)三位同學最后根據(1)的要求，按圖（甲）進行組裝時，除用到上述選定的輕彈簧、金屬桿和(2)中備選的電源、電表外，還選了阻值R=3Ω的定值電阻。如果無風時，O點到迎風板的距離以及輕彈簧的長度均等于彈簧的原長，則該裝置能夠測量的最大水平風力是_______N；

(4)對小明、小亮和小敏設計的測定水平方向風力的裝置，從力的角度，請你指出可能對測量準確度產生影響的因素之一：________。

Answer 1

【答案】B 2 E 5 4 設計中沒有考慮迎風板與金屬桿的摩擦力

【解析】

(1)[1]在風力增大時，迎風板會往左移動，金屬桿接入電路的電阻會變小。

A．假設在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導線，那么金屬桿會被短路，電流會從電源正極流出，流過開關、電阻R、流過c、d之間的導線、a、b之間的電流表，最后回負極，電路中的電阻大小不變，那么電路中的電流大小也不變，電流表的示數不變，這與題中條件不符合，A項不合題意；

B．假設只在a、b之間接電流表，那么金屬桿與電阻R串聯，電路中的總電阻在變小，那么電路中的電流在變大，電流表的示數在變大，這與題中條件相符合，選項B符合題意；

C．假設在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導線，那么金屬桿與電阻R串聯，電壓表測的是金屬桿兩端電壓，由于金屬桿接入電路的電阻會變小，電阻R阻值大小不變，根據串聯電路的分壓原理可知，金屬桿兩端的電壓會變小，即電壓表的讀數會變小，這與題中條件不符合，C項不合題意；

D．假設只在c、d之間接電壓表，那么電路是斷路的，電路中沒有電流，電壓表的讀數是0，不變化，這與題中條件不符合，D項不合題意。

故選B。

(2)[2]從圖乙可以看到，該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加2N。

[3]從表中數據可知，當電壓表的示數是1.0V時，滑動變阻器的電壓是2.0V，電路中的電流大小是0.2A，那么根據可知，滑動變阻器接入電路的阻值大小是

那么他們實驗中選用的滑動變阻器是R2。

[4]從表中數據可以看到，5次實驗，根據可知，他們測出的金屬桿的電阻都是5Ω。

(3)[5]當電流表的讀數達到最大時，即0.6A，這時電路中的總電阻最小，可得

那么這時金屬桿接入電路的電阻大小是

這時金屬桿接入電路的電阻是最小的，風力也是最大的；由上述可知，金屬桿的全部電阻是5Ω，當金屬桿接入電路的電阻是2Ω時，對應的長度是

從圖乙可以看到，當輕彈簧的長度是20cm時，所受壓力是4N，即該裝置能夠測量的最大水平風力是4N。

(4)[6]從力的角度來看，這個設計中沒有考慮迎風板與金屬桿的摩擦力；還有沒考慮到迎風板左側受到的空氣阻力；實驗中不能保證風力大小是不變、恒定的，方向也不能保證是水平的等等。