Question

【題目】在綜合實(shí)踐活動(dòng)中，科技小組設(shè)計(jì)了一個(gè)能反映水平風(fēng)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?jǐn)?shù)據(jù)如圖乙所示，AB 為長14cm、阻值 60Ω 粗細(xì)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(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)金屬圓球 P。閉合開關(guān) S，無風(fēng)時(shí)，OP 下垂并與 A 端接觸，此時(shí)電流表示數(shù)為 0.2A； 有風(fēng)時(shí)，OP 繞懸掛點(diǎn) O 轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)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(diǎn)每 遠(yuǎn)離 A 點(diǎn) 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(shí)，燈泡的電阻為多少 Ω？

(2)無風(fēng)時(shí) R0 兩端的電壓？

(3)為保護(hù)電路，允許風(fēng)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(dāng)電流表示數(shù)為0.2A時(shí)，通過燈泡的電流為0.2A，由圖乙可知此時(shí)燈泡兩端的電壓為1V，則根據(jù)可得，燈泡的電阻：

(2)無風(fēng)時(shí)，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(shí)的電流，由圖乙可知最大電流為，此時(shí)風(fēng)對球的壓力最大，OP繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的角度最大，設(shè)此時(shí)OP與AB的接觸點(diǎn)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(shí)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(diǎn)遠(yuǎn)離 A 點(diǎn) 7cm，此時(shí)風(fēng)對球施加的最大作用力為：

答：(1)電流表示數(shù)為 0.2A 時(shí)，燈泡的電阻為5Ω；

(2)無風(fēng)時(shí) R0 兩端的電壓為3V；

(3)為保護(hù)電路，允許風(fēng)對球施加的最大作用力為3.5N。