Question

20．閱讀短文，回答問題：
風(fēng)速及其測量
風(fēng)是由空氣流動引起的一種自然現(xiàn)象，風(fēng)既有方向也有快慢．地面氣象觀測中測量的是水平運動的風(fēng)，用風(fēng)向和風(fēng)速表示．
風(fēng)向標(biāo)是測定風(fēng)向的設(shè)備．如圖甲所示的風(fēng)向標(biāo)是一個形狀不對稱的物體，在風(fēng)的作用下，對空氣流動產(chǎn)生較大阻力的一端便會轉(zhuǎn)動至順風(fēng)方向，從而顯示風(fēng)向．
風(fēng)杯式風(fēng)速計是測量風(fēng)速的最常用的工具，它主要由三大部分組成：風(fēng)杯組件、支撐及轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)（如支座、軸、轉(zhuǎn)盤等零件）、信號采集與處理系統(tǒng)．風(fēng)杯組件由三個圓錐形或半球形的空杯組成，如圖乙所示．空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上，杯的凹面順著一個方向排列，在水平風(fēng)力的驅(qū)動下風(fēng)杯組件朝著杯凹面后退的方向旋轉(zhuǎn)，主軸和轉(zhuǎn)盤在風(fēng)杯組件的帶動下一起旋轉(zhuǎn)．風(fēng)速不變時，風(fēng)杯穩(wěn)定后也作勻速轉(zhuǎn)速，即單位時間內(nèi)風(fēng)杯轉(zhuǎn)過的圈數(shù)是一個確定的值，實驗表明，風(fēng)速越大，風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速也越大，風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速與風(fēng)的速度成正比．
轉(zhuǎn)盤上固定有N個小磁鐵，當(dāng)小磁鐵正對磁敏開關(guān)時，磁敏開關(guān)導(dǎo)通，不正對時，磁敏開關(guān)斷開，風(fēng)杯組件每旋轉(zhuǎn)一周，電路a、b端就會輸出若干個周期的脈沖信號，其信號如圖所示．信號的頻率隨風(fēng)速的增大而成正比例地增加．該脈沖信號由計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)換算后就能得出實際風(fēng)速值．

（1）風(fēng)向標(biāo)是測定風(fēng)向（風(fēng)向/風(fēng)速）的設(shè)備，若風(fēng)從正北方吹來，圖甲所示的風(fēng)向標(biāo)的箭頭指向正北（正南/正北）
（2）對于同一個風(fēng)杯式風(fēng)速計，若風(fēng)速增大為原來的2倍，則風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍；圖丙中若以轉(zhuǎn)盤上的某個磁鐵為參照物，磁敏開關(guān)是運動（靜止/運動）的．
（3）測速電路中，開關(guān)S閉合，當(dāng)磁鐵靠近磁敏開關(guān)時，電路a、b輸出高電壓（高電壓/低電壓），由圖丁可知電源電壓為5V；
（4）風(fēng)速恒定時信號采集電路a、b輸出的電壓信號如圖丁所示，若風(fēng)速增大為某一確定值，則電壓信號圖象中的時間間隔與原來相比A
A．時間間隔（t₂-t₁）減小，時間間隔（t₃-t₂）減小
B．時間間隔（t₂-t₁）增大，時間間隔（t₃-t₂）增大
C．時間間隔（t₂-t₁）減小，時間間隔（t₃-t₂）增大
D．時間間隔（t₂-t₁）增大，時間間隔（t₃-t₂）減小
（5）若題中N=10，t₁=0.15s，t₂=0.20s，t₃=0.35s，由此可知風(fēng)杯組件（或轉(zhuǎn)盤）的轉(zhuǎn)速為每分鐘30轉(zhuǎn)．

Answer 1

分析 （1）閱讀短文可知風(fēng)向標(biāo)的作用；由圖甲可知吹北風(fēng)時風(fēng)向標(biāo)的箭頭的指向；
（2）由風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速與風(fēng)的速度成正比分析風(fēng)速增大為原來的2倍，則風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速情況；
以轉(zhuǎn)盤上的某個磁鐵為參照物，分析磁敏開關(guān)相對磁鐵的位置關(guān)系是否變化，確定磁敏開關(guān)的運動狀態(tài)；
（3）根據(jù)小磁鐵正對磁敏開關(guān)時，磁敏開關(guān)導(dǎo)通，不正對時，磁敏開關(guān)斷開，分析磁鐵靠近磁敏開關(guān)時，分析電路a、b端電壓；由丙圖電路，根據(jù)丁圖可直接讀出電源電壓；
（4）信號的頻率隨風(fēng)速的增大而成比例地增加，由此分析風(fēng)速增大為某一確定值，則電壓信號圖象中的時間間隔情況；
（5）已知轉(zhuǎn)盤上固定小磁鐵個數(shù)N=10，根據(jù)一個磁鐵通過磁敏開關(guān)所用時間，計算轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周的時間，從而計算出轉(zhuǎn)盤每分鐘的轉(zhuǎn)速．

解答 解：
（1）閱讀短文可知，風(fēng)向標(biāo)是測定風(fēng)向的設(shè)備，由甲圖風(fēng)從正北吹來，風(fēng)向標(biāo)右側(cè)迎風(fēng)面積大，受力大，所以風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動后，箭頭指向正北；
（2）由短文可知，風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速與風(fēng)的速度成正比，所以對于同一風(fēng)杯式風(fēng)速計，若風(fēng)速增大為原來的2倍，則風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍；
由題以轉(zhuǎn)盤上的某個磁鐵為參照物，磁敏開關(guān)相對磁鐵的位置是變化的，即磁敏開關(guān)是運動的；
（3）由題可知，小磁鐵正對磁敏開關(guān)時，磁敏開關(guān)導(dǎo)通，不正對時，磁敏開關(guān)斷開．所以當(dāng)磁鐵靠近磁敏開關(guān)時，電路導(dǎo)通，電路a、b端有電壓輸出，即為高電壓；反之電路斷路，電路a、b端無電壓輸出，為低電壓；
由丙圖電路中磁敏開關(guān)與R和電源組成一個簡單電路，由丁圖，當(dāng)電路接通時a、b端輸出電壓等于電源電壓5V；
（4）因為信號的頻率隨風(fēng)速的增大而成比例地增加，由此分析風(fēng)速增大為某一確定值，導(dǎo)通電路的時間間隔越小，故選A；
（5）由題和圖象可知，每一個磁鐵轉(zhuǎn)過磁敏開關(guān)都有一次脈沖信號，完成一個磁鐵通過的時間為t=t₂=0.2s，
轉(zhuǎn)盤上固定小磁鐵個數(shù)N=10，
所以轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周所用時間T=10t=10×0.2s=2s，
所以轉(zhuǎn)盤每分鐘的轉(zhuǎn)速=$\frac{60s}{2s/轉(zhuǎn)}$=30轉(zhuǎn)．
故答案為：
（1）風(fēng)向；正北；（2）2；運動；（3）高電壓；5；（4）A；（5）30．

點評 本題是一道以風(fēng)速及其測量的應(yīng)用的閱讀題，閱讀量大，關(guān)鍵由問題從題干找到原理和結(jié)合圖示分析說明，要細(xì)心．本題也體現(xiàn)了物理在生活和生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用，生活中我們要多觀察、多思考．