Question

小張?jiān)O(shè)計(jì)了一種用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)測(cè)水流速的測(cè)定儀．如圖所示，小鉛球P系在細(xì)金屬絲下，懸掛在O點(diǎn)，BC為水平方向固定的一根粗細(xì)均勻的電阻絲，C端在O點(diǎn)正下方，BC與金屬絲接觸良好，接觸點(diǎn)為D，不計(jì)摩擦和金屬絲的電阻，將小鉛球放入水中，水不流動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)為0；水流動(dòng)時(shí)，球向左擺起一定的角度，流速越大，擺起的角度越大，用電壓表作指示儀表．
（1）請(qǐng)?jiān)趫D中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線連接電路．
（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明水的流速越大，儀表指針偏轉(zhuǎn)角度越大的道理：

當(dāng)水的流速越大，CD的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，CD的電阻越大，根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR可知，當(dāng)水的流速越大時(shí)，CD兩端的電壓越大

．
（3）若電源由兩節(jié)干電池組成，BC的電阻為10Ω，某一流速時(shí)，CD=

1

5

BC．另一流速時(shí)，CD=

1

4

BC，電壓表示數(shù)變化0.15V，此時(shí)電壓表的示數(shù)為多少？當(dāng)D點(diǎn)移至BC的中點(diǎn)時(shí)，通過(guò)BC的電流是多少？

Answer 1

分析：（1）要求水流的推力F越大時(shí)，電壓表的示數(shù)也越大，由于水的推力越大，懸掛小球的細(xì)線與豎直方向的夾角越大，故可以用分壓式接法連接電路；
（2）串聯(lián)電路起分壓作用，水的流速越大，CD的長(zhǎng)度越大，根據(jù)歐姆定律可知電壓表示數(shù)的變化；
（3）先根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，然后根據(jù)歐姆定律的變形公式求出CD兩端的電壓；電路中的電流與D的位置無(wú)關(guān)，據(jù)此可知D在中點(diǎn)時(shí)，電路中的電流．

解答：解：（1）BC和電源串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在DC兩端；如圖所示：

（2）因?yàn)殡娫措妷汉虰C的電阻不變，所以電路中的電流始終不變，當(dāng)水的流速越大，CD的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，CD的電阻越大；
∵I=

U

R

∴根據(jù)U=IR可知，當(dāng)水的流速越大時(shí)，CD兩端的電壓越大．
（3）電路中的電流：I=

U

R

=

3V

10Ω

=0.3A；
∵BC的電阻為10Ω，CD=

1

4

BC，
∴R_CD=

1

4

×10Ω=2.5Ω，
又∵I=

U

R

∴此時(shí)電壓表的示數(shù)：U=IR_CD=0.3A×2.5Ω=0.75V；
因?yàn)殡娐分械碾娏髋cD的位置無(wú)關(guān)，所以當(dāng)D點(diǎn)移至BC的中點(diǎn)時(shí)，通過(guò)BC的電流是0.3A．
故答案為：（2）當(dāng)水的流速越大，CD的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，CD的電阻越大，根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR可知，當(dāng)水的流速越大時(shí)，CD兩端的電壓越大
（3）當(dāng)CD=

1

4

BC，電壓表的示數(shù)為0.75V；當(dāng)D點(diǎn)移至BC的中點(diǎn)時(shí)，通過(guò)BC的電流是0.3A．

點(diǎn)評(píng)：在此題中，首先判斷出電路的組成方式是解題的關(guān)鍵；在分析電路時(shí)，要熟練掌握串聯(lián)分壓原理和電壓表的使用方法，綜合性較強(qiáng)，難度稍大．