科技小組為檢測操場上的風(fēng)力等級,設(shè)計了一臺簡易風(fēng)速儀,其工作原理如圖甲所示。裝有擋風(fēng)板和滑片P的輕質(zhì)滑塊Q與輕質(zhì)彈簧套在水平光滑桿上,滑桿上的摩擦力忽略不計,彈簧左端固定,右端與滑塊相連。電源電壓恒為9V,R1為均勻電阻絲(電阻絲的電阻與其長度成正比),其長度為30cm,阻值為15Ω,R2為變阻箱,此時阻值為12Ω,電壓表量程為0~3V。彈簧的彈力F1與彈簧長度改變量x的關(guān)系如圖乙所示。擋風(fēng)板受到的風(fēng)力F2與風(fēng)速v的關(guān)系式為F2=0.12v2,閉合開關(guān),擋風(fēng)板正對水平吹來的風(fēng),無風(fēng)時,滑片在最右端B處,有風(fēng)時,滑塊向A端移動,根據(jù)穩(wěn)定后的電壓表示數(shù),計算、查表可知風(fēng)級。
風(fēng)級 |
一級 |
二級 |
三級 |
四級 |
五級 |
六級 |
風(fēng)速(m/s) |
0.3~1.5 |
1.6~3.3 |
3.4~5.4 |
5.5~7.9 |
8.0~10.7 |
10.8~13.8 |
(1)滑片P向A端運動,電壓表的示數(shù)變化情況為
變大
變大
;
(2)無風(fēng)時,變阻箱R
2消耗的功率為多少?
(3)從電路的安全性考慮,該風(fēng)速儀所測最大風(fēng)力為幾級?
(4)若用該風(fēng)速儀測風(fēng)速為10m/s的風(fēng)力,從電路的安全性考慮,其它條件不變,R
2的阻值至少調(diào)為
24
24
Ω。