四、综合题(共6分)
17.温州地区常受台风侵袭。为测量风速，小明设计了一台简易风速仪，其工作原理如图甲所示。装有挡风板和滑片P的轻质滑块与轻质弹簧套在滑竿MN上，弹簧左端固定，右端与滑块相连。挡风板的挡风面积为0.2 m²，均匀电阻丝AB长为20 cm，阻值为10 Ω，电源电压U₀恒为6 V，保护电阻R₀为14 Ω，电压表量程为0～3 V。弹簧弹力F与弹簧长度改变量x的关系如图乙所示。无风时，滑片P在A处。有风时，滑块移动，稳定后读出电压表示数，计算并查阅下表数据可知风速及风级。


表中风压p是指与风向垂直的受风面上单位面积增加的压力(即单位面积受到的风力)。测量时保证风垂直吹在挡风板上，不计一切摩擦阻力。
(1)在滑片P左移的过程中，电路的总电阻(填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)当电压表示数U为2 V时，风速仪所测的风为几级？(写出计算过程)

17.(1) 不变
(2) $I=\frac{U_0}{R+R_0}=\frac{6\ \mathrm{V}}{10\ \Omega+14\ \Omega}=0.25\ \mathrm{A}$
$R_{AP}=\frac{U}{I}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.25\ \mathrm{A}}=8\ \Omega$
$\frac{8\ \Omega}{x}=\frac{10\ \Omega}{20\ \mathrm{cm}}$,得:$x=16\ \mathrm{cm}$
查图乙得:$F=14\ \mathrm{N}$
$p=\frac{F}{S}=\frac{14\ \mathrm{N}}{0.2\ \mathrm{m}^2}=70\ \mathrm{Pa}$
据表可知,风级为五级。

【分析】
1. 第(1)问需先明确电路结构：电阻丝AB与保护电阻R₀串联，滑片P移动仅改变电压表所测的电阻丝AP段阻值，整个电路总电阻为AB总电阻与R₀之和，因此总电阻不随滑片移动变化。
2. 第(2)问要确定风级，需结合串联电路特点和欧姆定律算出电路电流，再通过电压表示数得到AP段电阻，进而求出弹簧形变量x；根据图乙得到对应弹力F后，计算风压p=F/S，对照风级表确定风级。
【解析】
(1) 电路中电阻丝AB全部接入电路，与保护电阻R₀串联，总电阻$R_{总}=R+R_0$，滑片P左移时，R和R₀的阻值均不变，因此总电阻不变。
(2) 计算过程：
① 电路总电阻：$R_{总}=R+R_0=10\ \Omega+14\ \Omega=24\ \Omega$
② 电路电流：$I=\frac{U_0}{R_{总}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{24\ \Omega}=0.25\ \mathrm{A}$
③ AP段电阻：$R_{AP}=\frac{U}{I}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.25\ \mathrm{A}}=8\ \Omega$
④ 电阻丝阻值与长度成正比，$\frac{R_{AP}}{x}=\frac{R}{L_{AB}}$，代入数据得$\frac{8\ \Omega}{x}=\frac{10\ \Omega}{20\ \mathrm{cm}}$，解得$x=16\ \mathrm{cm}$
⑤ 查图乙，$x=16\ \mathrm{cm}$时弹簧弹力$F=14\ \mathrm{N}$
⑥ 风压：$p=\frac{F}{S}=\frac{14\ \mathrm{N}}{0.2\ \mathrm{m}^2}=70\ \mathrm{Pa}$，对照表格可知风级为五级。
【答案】
(1) 不变
(2) 五级
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律、压强计算
【点评】
本题是力学与电学的综合应用题，考查学生对串联电路规律、欧姆定律、弹力与压强计算的综合应用能力，解题关键是理清电路结构，结合弹簧弹力与形变量的关系逐步推导，步骤需严谨。
【难度系数】
0.5