Question

11．風(fēng)能是我國未來開發(fā)、利用的重要能源之一．小明對風(fēng)力的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，和同學(xué)一起設(shè)計了“風(fēng)力測試儀”的原理圖（如圖所示）．已知電源電壓12V，電阻R為20Ω，AB是阻值為60Ω的均勻電阻絲．OP為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細(xì)桿，下端連接一個圓球P．金屬細(xì)桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無摩擦．閉合開關(guān)S，無風(fēng)時，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時，圓球P受風(fēng)力作用，使金屬細(xì)桿OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)．請你解答下列問題：
（1）無風(fēng)時電流表示數(shù)是多少？（請列式計算）
（2）當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑到A點時電路消耗的總功率是多少？（請列式計算）
（3）若將電流表的刻度改為風(fēng)力表的刻度值，請問表盤刻度均勻嗎？簡要說明理由．

Answer 1

分析 （1）電路中，AB和OP的共同作用相當(dāng)于滑動變阻器，無風(fēng)時滑動變阻器接入電路的是最大電阻，根據(jù)歐姆定律可計算無風(fēng)時電流表示數(shù)是多少；
（2）當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑到A點時，電阻絲接入電路的阻值為零，根據(jù)電功率公式可計算電路消耗的總功率是多少；
（3）根據(jù)歐姆定律分析電流和風(fēng)力的函數(shù)關(guān)系可判斷表盤刻度是否均勻．

解答 解：（1）由圖可知，無風(fēng)時電阻絲接入電路的是最大電阻，電路的總電阻：R₁=R+R_AB=20Ω+60Ω=80Ω，
電流表示數(shù)：I₁=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{12V}{80Ω}$=0.15A；
（2）當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑到A點時，電阻絲接入電路的阻值為零，電路的總電阻：R₂=R=20Ω，
電路中電流：I₂=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{12V}{20Ω}$=0.6A；
總功率：P=UI₂=12V×0.6A=7.2W；
（3）表盤刻度不均勻．理由：由杠桿平衡條件可知，電阻絲接入電路的阻值不與風(fēng)力成正比，再由R₀的存在，電路中的電流與電阻絲接入電路的阻值也不成反比，因此將電流表的刻度該改為風(fēng)力刻度值表盤刻度不均勻．
答：（1）無風(fēng)時，電流表示數(shù)為0.15A；
（2）當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑到A點時，電路消耗的總功率是7.2W；
（3）表盤刻度不均勻．由于R₀的存在，電路中的電流與電阻絲連入電路的阻值不成反比，因此將電流表刻度改為風(fēng)力表的刻度，刻度盤不均勻．

點評 本題考查學(xué)生在具體的電路中運用歐姆定律的能力，同時綜合杠桿平衡條件考查學(xué)生能否運用所學(xué)知識解決實際問題．