在綜合實踐活動中，科技小組設計了一個能反映水平風力大小的裝置，如圖*所示，電源電壓恆為16V，R0為定值電阻，...

問題詳情：

在綜合實踐活動中，科技小組設計了一個能反映水平風力大小的裝置，如圖*所示，電源電壓恆為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I﹣U關係的部分數據如圖乙所示，AB為長14cm、阻值60Ω粗細均勻的電阻絲（電阻絲的阻值與長度成正比），OP為質量、電阻均不計的金屬細杆，下端連接一個重2N的圓球P．閉合開關S，無風時，OP下垂並與A端接觸，此時電流表示數為0.2A；有風時，OP繞懸掛點O轉動，風對球的作用力F方向始終水平向右，已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無摩擦；求：

（1）電流表示數為0.2A時，燈泡的電阻為　5　Ω；

（2）無風時R0消耗的電功率。

（3）為保護電路，允許風對球施加的最大作用力。

【回答】

（1）5；

（2）無風時R0消耗的電功率為0.6W。

（3）為保護電路，允許風對球施加的最大作用力為1.4N。

（1）由圖可知，燈泡、定值電阻R0和電阻絲串聯；

因串聯電路電流處處相等，所以，當電流表示數為0.2A時，通過燈泡的電流為0.2A，

由圖乙可知此時燈泡兩端的電壓為1V，

則根據I可得，燈泡的電阻：RL5Ω；

（2）無風時，OP下垂並與A端接觸，電阻絲接入阻值最大為60Ω，

根據I可得，電阻絲兩端的電壓：UAB＝IRAB＝0.2A×60Ω＝12V，

根據串聯電路中總電壓等於各分電壓之和可得，R0兩端的電壓：

U0＝U﹣UL﹣UAB＝16V﹣1V﹣12V＝3V，

則此時R0消耗的電功率：P0＝U0I＝3V×0.2A＝0.6W；

（3）根據I可得R0的阻值：R015Ω；

由於燈泡的額定電壓為2.5V，則電路中最大電流等於燈泡正常工作時的電流，由圖乙可知最大電流為I′＝0.3A，此時風對球的壓力最大，OP繞O轉動的角度最大，設此時OP與AB的接觸點為C，

則根據歐姆定律可得，R0兩端的電壓：U0′＝I′R0＝0.3A×15Ω＝4.5V，

因串聯電路中總電壓等於各分電壓之和，

所以RBC兩端的電壓：

UBC＝U﹣U額﹣U0′＝16V﹣2.5V﹣4.5V＝9V，

根據I可得此時電阻絲連入電路的電阻：

RBC30Ω；

由於電阻絲的電阻與電阻絲的長度成正比，則：，

所以，BCAB14cm＝7cm，

則AC＝AB﹣BC＝14cm﹣7cm＝7cm，

如右圖，把OP視為一根槓桿，F的力臂為OD，G的力臂等於PD，

根據槓桿平衡條件可得：

F×OD＝G×PD，

則：；

由於△OAC∽△ODP，根據相似三角形的知識可得：

，

所以，，

則：F2N＝1.4N。

知識點：九年級下

題型：計算題