Question

某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图甲所示．迎风板与一压敏电阻Rx连接，工作时迎风板

某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图甲所示．迎风板与一压敏电阻Rx连接，工作时迎风板总是正对风吹来的方向．压敏电阻的阻值随风力的变化而变化．已知电源电压恒为4.5V，定值电阻R=1.0Ω压敏电阻Rx与迎风板承受风力F的关系如图乙所示．（1）若在电路中接入一电压表，使电压表示数随风力的增大而增大，请在图中适当位置画出电压表；（2）无风时，求电压表的示数和定值电阻消耗的电功率；（3）如果电压表的量程为0～3V，求该装置所能测量的最大风力．

Answer 1

由图甲可知，定值电阻与压敏电阻是串联．
（1）由图乙可知，压敏电阻的阻值随风力增大而减小，
则当风力增大时，压敏电阻的阻值在减小，此时压敏电阻和定值电阻的总电阻在减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流在增大．由于定值电阻阻值一定，通过它的电流在增大，则它两端的电压在增大，所以电压表应该并联在定值电阻两端．
（2）由图乙可知，当无风时，压敏电阻的阻值为3.5Ω，
则压敏电阻和定值电阻串联时的总电阻：R_总=3.5Ω+1.0Ω=4.5Ω，
电路中的电流：I=

U

R总

=

4.5V

4.5Ω

=1A，
定值电阻两端的电压：U_R=IR=1A×1.0Ω=1V，
定值电阻消耗的电功率：P=U_RI=1V×1A=1W．
（3）当电压表示数为3V时，此时是该装置所能测量的最大风力，
则压敏电阻两端的电压：U_X=U-U_R=4.5V-3V=1.5V，
电路中的电流：I′=

UR′

R

=

3V

1.0Ω

=3A，
压敏电阻的阻值：R_X=

UX

I′

=

1.5V

3A

=0.5Ω，
由图乙可知，当压敏电阻的阻值为0.5Ω时，风力为720N．
答：（1）

（2）无风时，电压表的示数是1V，定值电阻消耗的电功率是1W．
（3）如果电压表的量程为0～3V，该装置所能测量的最大风力是720N．