小明同学设计了如图甲所示的风力测量仪;已知电源电压U0为6V且保持不变,R1为保护电阻,线状均匀电阻丝长为9cm,其全电

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  • 解题思路:由电路图可知,保护电阻R1与R2的最大阻值串联,电压表测金属丝在R2上的滑动距离x部分两端的电压.

    (1)由题意可知,刚好接触于电阻丝的最左端时电压表的示数为3V,根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流,根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压,利用欧姆定律表示出R1的阻值;

    (2)风力变化时,电路中的电流不变,根据欧姆定律可得电压表的示数为2V时R2的阻值,再根据电阻丝是均匀的求出电压表所测电阻丝的长度,再由乙图得出对应的风力;

    (3)分析电压表的示数与风力之间的关系,若两者成正比则说明刻度是均匀的,否则是不均匀的.

    由电路图可知,保护电阻R1与R2的最大阻值串联,电压表测金属丝在R2上的滑动距离x部分两端的电压.

    (1)当金属丝刚好接触于电阻丝的最左端时,R2=9Ω,U2=3V,

    ∵串联电路中各处的电流相等,

    ∴根据欧姆定律可得,电路中的电流:

    I=

    U2

    R2=[3V/9Ω]=[1/3]A,

    ∵串联电路中总电压等于各分电压之和,

    ∴R1两端的电压:

    U1=U-U2=6V-3V=3V,

    则R1=

    U1

    I=[3V

    1/3A]=9Ω;

    (2)风力变化时,电路中的电流不变,

    电压表的示数为2V时,电压表并联部分的电阻:

    R2′=

    U2′

    I=[2V

    1/3A]=6Ω,

    ∵线状均匀电阻丝长为9cm,其全电阻阻值R2=9Ω,

    ∴金属丝在R2上的滑动距离:

    x=[9cm/9Ω]×6Ω=6cm,

    由乙图可知,对应的风力是4级;

    (3)因为无论风力大小,接入电路中的总电阻都没有发生改变,电源电压一定,电路中的电流也就不会发生改变,电压表的示数与金属丝在R2上的滑动距离x成正比,而电阻丝又是均匀的,则电压表的示数与风力的大小成正比,所以风力测量仪的刻度是均匀.

    答:(1)电阻R1的阻值为9Ω;

    (2)当电压表的示数为2V时,对应的风力是4级;

    (3)该风力测量仪的刻度是均匀的;因无论风力大小,电路中的电流不变,电压表的示数与滑动距离x成正比,又因电阻丝又是均匀的且风力的大小与滑动距离x成正比,所以风力测量仪的刻度是均匀.

    点评:

    本题考点: 欧姆定律的应用;串联电路的电流规律;串联电路的电压规律.

    考点点评: 解决本题的关键是知道金属丝的摆动不影响电路的结构,只是改变了与电压表并联部分,即改变了电压表测量的电阻.