Question

【題目】我校物理興趣小組設計了一種測定風力的裝置，其原理如圖甲所示。壓敏電阻Rn的阻值隨風力的變化而變化，壓敏電阻Rn與迎風板承受風力F的關系如圖乙所示。已知電源電壓恒為4.5V，定值電阻R＝1.0Ω。試問：

(1)無風時，求電壓表的示數和定值電阻的電功率；

(2)如果電壓表的量程為0~3V，求該裝置所能測量的最大風力；

(3)若把電壓表改成風力表，它的刻度是否均勻？請說明理由。

Answer 1

【答案】(1)1V 1W；(2)720N；(3)不均勻 電表的示數和壓敏電阻阻值不成正比

【解析】

由題意可知，本題考查了敏感電阻在實際電路中的應用，并涉及到動態電路中極值的計算、電表的改裝問題；可以根據串聯電路的特點、電路安全的條件、歐姆定律進行分析計算。

(1)無風時由圖像可知此時壓敏電阻的阻值為3.5 ，此時電路中的電流

電壓表的示數為定值電阻兩端的電壓

此時定值電阻的電功率

(2)當電壓表示數為3V時，此時電路中電流最大，壓敏電阻Rn的阻值最小，此時所對應的風力最大。根據題意可求電路中的電流

壓敏電阻Rn的兩端電壓

故壓敏電阻的阻值為

此時所對應的風力最大，根據圖象可得最大風力為720N；

(3)由串聯分壓可得電壓表示數和壓敏電阻阻值Rn的關系式

由上式可知，電壓表的示數和壓敏電阻阻值Rn不成正比或反比，故改裝后的風力表刻度不均勻。

答：(1)無風時，求電壓表的示數為1A，定值電阻的電功率為1W；

(2)電壓表的量程為0~3V時，該裝置所能測量的最大風力為720N；

(3)若把電壓表改成風力表，它的刻度是不均勻的，因為電表的示數和壓敏電阻阻值不成正比或反比。