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)的圖像如圖乙所示，AB為長(zhǎng)14cm阻值60Ω粗細(xì)均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長(zhǎng)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)重2N的圓球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(duì)球的作用力F方向始終水平向右，已知OA為10cm，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；

(2)無風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率；

(3)為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力。

Answer 1

【答案】(1)5Ω；(2)0.6W；(3)1.4N

【解析】

(1)如圖甲可知，燈泡、電阻絲和電阻R0是串聯(lián)關(guān)系，當(dāng)電流表示數(shù)為0.2A 時(shí)，通過燈泡的電流是0.2A，根據(jù)燈泡I-U關(guān)系的部分?jǐn)?shù)據(jù)的圖像乙可知，這時(shí)燈泡兩端電壓為1V，則這時(shí)燈泡的電阻為

(2)無風(fēng)時(shí), OP下垂并與A端接觸，此時(shí)電路中電流I=0.2A，電路中總電阻為

這時(shí)電阻絲接入電路的電阻為電阻絲的最大阻值60Ω，這時(shí)燈泡電阻為RL=5Ω，R0的電阻為

這時(shí)電阻R0兩端的電壓為

無風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率為

(3)風(fēng)對(duì)球施加的作用力越大，電阻絲接入電路的阻值越小，電路中的電流就越大，燈泡和R0兩端的電壓就越大，為保護(hù)電路，燈泡兩端電壓不能超過其額定電壓2.5 V，這時(shí)電阻絲接入電路的阻值為允許的最小值，也是風(fēng)對(duì)球施加最大作用力的時(shí)候。根據(jù)燈泡I-U關(guān)系的部分?jǐn)?shù)據(jù)的圖像乙可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為2.5V時(shí)，通過燈泡的電流為0.3A，這時(shí)燈泡的電阻為

這時(shí)電路中用電器也是串聯(lián)，電路中電路也是0.3A，電路的總電阻為

電阻絲接入電路的電阻為

電阻絲AB為長(zhǎng)14cm阻值60Ω粗細(xì)均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長(zhǎng)度成正比），由于電阻絲接入電路的阻值為電阻絲總阻值的一半，所以電阻絲接入電路的長(zhǎng)度也是電阻絲長(zhǎng)度的一半即AD=7cm，如圖所示,

OP可以看成一個(gè)以O點(diǎn)為支點(diǎn)的杠桿，動(dòng)力F的動(dòng)力臂l1等于OC，阻力G的阻力臂l2等于CP，因?yàn)椤?/span>OAD∽△OCP，則

即是

根據(jù)杠桿原理得

答：(1)電流表示數(shù)為時(shí)，燈泡的電阻為5Ω；

(2)無風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率0.6W；

(3)為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力為1.4N。