在综合实践活动中,科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置,如图*所示,电源电压恒为16V,R0为定值电阻,...
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在综合实践活动中,科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置,如图*所示,电源电压恒为16V,R0为定值电阻,L为额定电压是2.5V的小灯泡,其I﹣U关系的部分数据如图乙所示,AB为长14cm、阻值60Ω粗细均匀的电阻丝(电阻丝的阻值与长度成正比),OP为质量、电阻均不计的金属细杆,下端连接一个重2N的圆球P.闭合开关S,无风时,OP下垂并与A端接触,此时电流表示数为0.2A;有风时,OP绕悬挂点O转动,风对球的作用力F方向始终水平向右,已知OA为10cm,OP始终与AB接触良好且无摩擦;求:
(1)电流表示数为0.2A时,灯泡的电阻为 5 Ω;
(2)无风时R0消耗的电功率。
(3)为保护电路,允许风对球施加的最大作用力。
【回答】
(1)5;
(2)无风时R0消耗的电功率为0.6W。
(3)为保护电路,允许风对球施加的最大作用力为1.4N。
(1)由图可知,灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联;
因串联电路电流处处相等,所以,当电流表示数为0.2A时,通过灯泡的电流为0.2A,
由图乙可知此时灯泡两端的电压为1V,
则根据I可得,灯泡的电阻:RL5Ω;
(2)无风时,OP下垂并与A端接触,电阻丝接入阻值最大为60Ω,
根据I可得,电阻丝两端的电压:UAB=IRAB=0.2A×60Ω=12V,
根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得,R0两端的电压:
U0=U﹣UL﹣UAB=16V﹣1V﹣12V=3V,
则此时R0消耗的电功率:P0=U0I=3V×0.2A=0.6W;
(3)根据I可得R0的阻值:R015Ω;
由于灯泡的额定电压为2.5V,则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流,由图乙可知最大电流为I′=0.3A,此时风对球的压力最大,OP绕O转动的角度最大,设此时OP与AB的接触点为C,
则根据欧姆定律可得,R0两端的电压:U0′=I′R0=0.3A×15Ω=4.5V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以RBC两端的电压:
UBC=U﹣U额﹣U0′=16V﹣2.5V﹣4.5V=9V,
根据I可得此时电阻丝连入电路的电阻:
RBC30Ω;
由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比,则:,
所以,BCAB14cm=7cm,
则AC=AB﹣BC=14cm﹣7cm=7cm,
如右图,把OP视为一根杠杆,F的力臂为OD,G的力臂等于PD,
根据杠杆平衡条件可得:
F×OD=G×PD,
则:;
由于△OAC∽△ODP,根据相似三角形的知识可得:
,
所以,,
则:F2N=1.4N。
知识点:九年级下
题型:计算题
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