某兴趣小组为检测操场上ζ 的风力等级,设☉计了一台简易风速仪,其工作原理如图◇甲所示。

21、(2021·湖南衡阳·T27)某兴趣小组为检测操场上的风力等级,设计〓了一台简易风速仪,其工作原理如图甲ξ所示。装有挡风板和滑片P的轻质滑块与轻质弹簧套在滑杆上,滑杆上的摩擦力◥忽略不计,弹簧左端固※定,右端与滑块相连。挡风板的挡风面积为0.2米,均匀电阻丝「长为30厘米,阻值为15欧,电源电压恒为9伏,保护电阻为3欧,电压▓表量程0~3伏。弹簧弹力与※弹簧长度改变量的关系如图乙所示。无风时,滑片P在A处,有风时,滑块移动,稳定后读出电压表示数,计算并查阅》下表数据可知风速及风级。

 


风级

一级

二级

三级

四级

五级

六级

风速(米/秒)

0.3~1.5

1.6~3.3

3.4~5.4

5.5~7.9

8.0~10.7

10.8~13.8

风压(帕)

0.055~1.4

1.6~6.8

7.2~18

18.9~39

40~72

729~119

(1)无风时,求通过的电流;
(2)为保护电路安全▅,求出风速仪所测最大风力等级为几级;
(3)某日从天气预报得知,第二天风力等级将会达到五级,风速预计为,在原有电路元件和电路基本连接方▅式均不变的基础上,电路将如何改进,在图丙的虚线框内将电路补充完整。小组成员还想计算出电路改进ζ后电压表的示数,经查阅资料后得知,该挡风板所受的风压与风速的平方成正比,其关』系式为,(其中为常量,数值为0.6),假设你为改小ζ 组成员,请你计算出风速为时,改进后的电路中电压表的示数。

 

21、【答案】(1);(2)四级;(3)1.5V
解析
解:(1)因电压表接在滑片上且电压表在电路中相当于断▽路,所以,电流要流经↘全部电阻丝,在滑片P左移的过程中,始终是全部电阻丝与电阻R0串联,所以电路的总电阻不变;无论有无风∑时,滑动变阻器接入㊣ 电路的阻值均为,通过的电流

(2)由图可知,风力越大,电压表测量部分电阻越长,电压表示数越大,电压表最大电压;滑动变阻器分到电压

当电压表示数最大时,滑片移动距离

由图乙△可得,弹簧产生的弹力,此时的风压

查表可知,此时风力等级为四级。
(3)当风速为时,风压

因此会超过╲电压表量程,弹簧弹力

由表可得,弹簧形变量为,因此可将电压表测量对象更换为滑片左侧部分的电阻,此时滑片左侧电阻

此时电压表示数

改装电№路为
 
此电路只能在风力稳定时使用。
答:(1)无风时,求通过的电流是
(2)为保护电路安全,求出卐风速仪所测最大风力等级为四级;
(3)风速为时,改进后的电路中电压表的示数是1.5V。

 

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