Question

小明、小亮和小敏共同设计了一种测定水平方向风力的装置，其原理如图甲所示．绝缘轻弹簧的左端固定在O点，右端与中心有孔、表面竖直的金属迎风板相连，一起套在左端固定在O点的粗细均匀、电阻随长度均匀变化的水平金属杆上，迎风板与金属杆接触良好．电路中左端导线与金属杆的左端相连，右端导线连接在迎风板上并可随迎风板一起移动，R是定值电阻，a、b、c、d为四个接线柱．

（1）在他们的设计中，若要求在风力增大时，接入电路的电表的示数也随之而增大，则应该（______）
A．只在a、b之间接电流表
B．只在c、d之间接电压表
C．在a、b之间接电流表，在c、d之间连接导线
D．在c、d之间接电压表，在a、b之间连接导线
（2）为了较准确的测出水平方向风力的大小，三位同学先对选定的轻弹簧和金属杆进行了两项测量．
①小明利用测量的数据作出了原长为40cm的轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象（如图乙所示）．由图可知：该弹簧每缩短10cm，弹簧受到的压力将增加______N．
②小亮和小敏设计了如图丙所示的电路，用来测量长度为50cm的金属杆的电阻．他们备选的部分器材有：
A．电源（能够提供3V的稳定电压）
B．电流表A（量程0～0.6A）
C．电压表V（量程0～3V）
D．滑动变阻器R₁（阻值变化范围为0～5Ω）
E．滑动变阻器R₂（阻值变化范围为0～10Ω）
选好器材后，小亮和小敏在实验中正确操作，他们记录的测量数据如下表：
根据他们的测量数据可以知道：他们实验中选用的滑动变阻器是______（填器材的序号字母），他们测出的金属杆的电阻为______Ω．
（3）三位同学最后根据（1）的要求，按图甲进行组装时，除用到上述选定的轻弹簧、金属杆和（2）中备选的电源、电表外，还选了阻值R=3Ω的定值电阻．如果无风时，迎风板离O点的距离以及轻弹簧的长度均等于弹簧的原长，则该装置能够测量的最大水平风力是______N．

Answer

分析他们设计的电路可知，要在风力增大时，接入电路的电表的示数也随之而增大，则应该在a、b之间接电流表；
分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象可知，当风力增大时，弹簧的长度变短；
当电流最小时，连入电路中的滑动变阻器的阻值最大，根据欧姆定律R=可以求出滑动变阻器的阻值；
因所给电流表A的量程是0～0.6A，所以当电流最大时，风力最大，根据欧姆定律可以求解此时连入电路中的金属杆阻值，求出对应的长度，查表可知风力的大小．
【解析】
（1）当风力增大时，连入电路的阻值变小，所以电流会变大，因此需要在a、b之间接电流表；
（2）①分析轻弹簧的长度l与所受压力F的关系图象（如图乙所示），由图可知：该弹簧每缩短10cm，弹簧受到的压力将增加2N；
②由他们记录的测量数据可知，当电流为0.2A时，此时电压表的示数为1v，
所以滑动变阻器两端的电压值为3v-1v=2v，根据公式R==Ω=10Ω，所以他们选择的是滑动变阻器R2（阻值变化范围为0～10Ω）；
金属杆的电阻R′==5Ω；
（3）因电源能够提供3V的稳定电压，定值电阻的阻值R=3Ω，电流表A的量程是0～0.6A，所以当电流最大时，此时风力最大，
金属杆两端的电压=3v-0.6A×3Ω=1.2v，
所以R=R==Ω=2Ω，
由题意可知，当金属杆为50cm时，阻值为5Ω，所以当阻值为2Ω时，此时弹簧的长度为20cm，
由乙图可知，此时风力为4N；
故答案为：（1）A；（2）2，E，5；（3）4．