Question

【題目】小明、小亮和小敏共同設(shè)計(jì)了一種測定水平方向風(fēng)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(diǎn)，右端與中心有孔、表面豎直的金屬迎風(fēng)板相連，一起套在左端也固定在O點(diǎn)的粗細(xì)均勻、電阻隨長度均勻變化，且水平放置的金屬桿上，迎風(fēng)板與金屬桿接觸良好；電路中左端導(dǎo)線與金屬桿的左端相連，右端導(dǎo)線連接在迎風(fēng)板上并可隨迎風(fēng)板移動(dòng)，R是定值電阻，a、b、c、d為四個(gè)接線柱。

(1)在他們的設(shè)計(jì)中，若要求在風(fēng)力增大時(shí)，接入電路的電表的示數(shù)也隨之而增大，則應(yīng)該（________）

A．在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導(dǎo)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(dǎo)線

D．只在c、d之間接電壓表

(2)為了較準(zhǔn)確的測出水平方向風(fēng)力的大小，三位同學(xué)先對選定的輕彈簧和金屬桿進(jìn)行了兩項(xiàng)測量；

①小明利用測量的數(shù)據(jù)作出了原長為40cm的輕彈簧的長度L與所受壓力F的關(guān)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(shè)計(jì)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(wěn)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(dòng)變阻器R1（阻值變化范圍為0~5Ω）

E．滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)中正確操作，他們記錄的測量數(shù)據(jù)如下表。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
A表示數(shù)I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
V表示數(shù)U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

根據(jù)他們的測量數(shù)據(jù)可以知道：他們實(shí)驗(yàn)中選用的滑動(dòng)變阻器是_____（填器材的序號(hào)字母）；他們測出的金屬桿的電阻是_______Ω；

(3)三位同學(xué)最后根據(jù)(1)的要求，按圖（甲）進(jìn)行組裝時(shí)，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(fēng)時(shí)，O點(diǎn)到迎風(fēng)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(fēng)力是_______N；

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

Answer 1

【答案】B 2 E 5 4 設(shè)計(jì)中沒有考慮迎風(fēng)板與金屬桿的摩擦力

【解析】

(1)[1]在風(fēng)力增大時(shí)，迎風(fēng)板會(huì)往左移動(dòng)，金屬桿接入電路的電阻會(huì)變小。

A．假設(shè)在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導(dǎo)線，那么金屬桿會(huì)被短路，電流會(huì)從電源正極流出，流過開關(guān)、電阻R、流過c、d之間的導(dǎo)線、a、b之間的電流表，最后回負(fù)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(shù)不變，這與題中條件不符合，A項(xiàng)不合題意；

B．假設(shè)只在a、b之間接電流表，那么金屬桿與電阻R串聯(lián)，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(shù)在變大，這與題中條件相符合，選項(xiàng)B符合題意；

C．假設(shè)在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導(dǎo)線，那么金屬桿與電阻R串聯(lián)，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(huì)變小，電阻R阻值大小不變，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，金屬桿兩端的電壓會(huì)變小，即電壓表的讀數(shù)會(huì)變小，這與題中條件不符合，C項(xiàng)不合題意；

D．假設(shè)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(shù)是0，不變化，這與題中條件不符合，D項(xiàng)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(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表的示數(shù)是1.0V時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電壓是2.0V，電路中的電流大小是0.2A，那么根據(jù)可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值大小是

那么他們實(shí)驗(yàn)中選用的滑動(dòng)變阻器是R2。

[4]從表中數(shù)據(jù)可以看到，5次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)可知，他們測出的金屬桿的電阻都是5Ω。

(3)[5]當(dāng)電流表的讀數(shù)達(dá)到最大時(shí)，即0.6A，這時(shí)電路中的總電阻最小，可得

那么這時(shí)金屬桿接入電路的電阻大小是

這時(shí)金屬桿接入電路的電阻是最小的，風(fēng)力也是最大的；由上述可知，金屬桿的全部電阻是5Ω，當(dāng)金屬桿接入電路的電阻是2Ω時(shí)，對應(yīng)的長度是

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

(4)[6]從力的角度來看，這個(gè)設(shè)計(jì)中沒有考慮迎風(fēng)板與金屬桿的摩擦力；還有沒考慮到迎風(fēng)板左側(cè)受到的空氣阻力；實(shí)驗(yàn)中不能保證風(fēng)力大小是不變、恒定的，方向也不能保證是水平的等等。