解题思路:(1)由图甲可知,随风力的增大,挡风板向左移动,金属导体杆接入电路的长度变短,接入电路的阻值变小.
(2)由图乙知,电压表测电阻R0两端的电压,无风时风力F=0N,由图丙找出此时电阻R′的阻值,然后由串联电路的特点及欧姆定律求出电路电流,最后由U=IR求出电压表示数.
(3)由欧姆定律求出电压表示数为3V时的电路电流,然后由欧姆定律求出电路总电阻,根据电路总电阻及串联电路特点判断接入的电阻接法并求出其阻值.
(4)由图丙求出电阻R′的最大阻值及最小阻值,由串联电路特点及电功率公式P=
U
2
R
求出电路的最小电功率及最大电功率,然后确定电功率的范围.
(1)由图甲可知,随风力的增大,金属杆接入电路的长度变短,
电阻变小,所以电阻R′随风力增大而减小.
答:电阻R′随风力增大而减小.
(2)由图丙可知,无风时 R′=16Ω,
此时电路电流I=[U
R0+R′=
9V/2Ω+16Ω]=0.5A,
电压表示数U0=IR0=0.5A×2Ω=1V,
答:无风时电压表的示数是1V.
(3)当风力增加到900N时,由图丙可知R′=1Ω,
保持电压表量程不变,即U0=3V,
电压表示数是3V时,电路电流I′=
U0
R0=[3V/2Ω]=1.5A,
此时电路总电阻R总=[U/I′]=[9V/1.5A]=6Ω>R0+R′,
应在电路中串联一个电阻R,R=R总-R0-R′=6Ω-2Ω-1Ω=3Ω,
答:应在电路中串联一个阻值为3Ω的电阻.
(4)由图丙可知,R′的最大阻值为R最大′=16Ω,
电路最小电功率P最小=
U2
R0+R+R最大′=
(9V)2
2Ω+3Ω+16Ω≈3.9W,
由图丙可知,R′的最小阻值为R最小′=1Ω,
电路的最大功率P最大=
U2
R0+R+R最小′=
(9V)2
2Ω+3Ω+1Ω=13.5W,
则功率的变化范围是3.9W≤P≤13.5W.
答:改装后该装置电路总功率的变化范围是3.9W≤P≤13.5W.
点评:
本题考点: 欧姆定律的应用;滑动变阻器的使用;电路图设计;电功率的计算.
考点点评: 本题考查电压、电流、电阻的计算,关键是欧姆定律的公式及其变形的应用以及串联电路电压的规律,还要学会从所给信息中找到有用的数据,会看数据图象.