4. 如图甲为气象馆的一种风速仪的工作原理图。电源通过改变电压来提供大小不变的恒定电流，电流表测量范围为0~0.6 A，用于反映风速大小，定值电阻$R_0=10\ \Omega$。迎风板是一块轻质薄板，与压力传感器$R_F$紧密相连。$R_F$的阻值随迎风板受到的压力$F$大小变化的关系如图乙所示。测量时风始终垂直吹在迎风板上，其受到的压力$F$与风速$v$的关系$F=kv^2$（$k$的大小为0.05，$v$的单位为m/s，$F$的单位为N），无风时电流表示数为0.3 A。下列说法正确的是（）

A.当无风时，电源电压为15 V
B.电源提供的恒定电流为0.9 A
C.该风速仪所能测量的最大风速为20 m/s
D.通过增大电源的输出电流能增大该风速仪所能测量的最大风速

（第4题）（第5题）

4. C 解析:A. 由公式$F=kv^2$可知,无风时,压力为0,由图乙可知,$R_F=30\ \Omega$,此时电流表测通过$R_F$的电流,示数为0.3 A,所以$R_F$两端的电压为$U_F=I_FR_F=0.3\ \mathrm{A}×30\ \Omega=9\ \mathrm{V}$,由电路图可知,$R_F$与$R_0$并联,根据并联电路电压特点可知,电源电压为$U=U_0=U_F=9\ \mathrm{V}$,故A错误;B. 由于$U=9\ \mathrm{V}$,$R_0=10\ \Omega$,根据欧姆定律可得,通过$R_0$的电流为$I_0=\frac{U}{R_0}=\frac{9\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=0.9\ \mathrm{A}$,根据并联电路电流特点可知,电源提供的恒定电流为$I=I_0+I_F=0.9\ \mathrm{A}+0.3\ \mathrm{A}=1.2\ \mathrm{A}$,故B错误;C. 由图乙可知,风力越大,$R_F$越小,电流越大,电流表测量范围为0~0.6 A,所以当$I'_F=0.6\ \mathrm{A}$时,所测风力最大;根据并联电路电流规律可得,通过$R_0$的电流为$I'_0=I-I'_F=1.2\ \mathrm{A}-0.6\ \mathrm{A}=0.6\ \mathrm{A}$,根据欧姆定律可得,$R_0$两端的电压为$U'_0=I'_0R_0=0.6\ \mathrm{A}×10\ \Omega=6\ \mathrm{V}$,由并联电路电压规律可得$U'_F=U'_0=6\ \mathrm{V}$,根据欧姆定律可得$R'_F=\frac{U'_F}{I'_F}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,由图乙可得,当$R'_F=10\ \Omega$时,$F=20\ \mathrm{N}$,由$F=kv^2$可得,最大风速为$v_{\mathrm{max}}=\sqrt{\frac{F}{k}}=\sqrt{\frac{20}{0.05}}\ \mathrm{m/s}=20\ \mathrm{m/s}$,故C正确;D. 由$F=kv^2$可知,风速增大,风力增大,由图乙可知,压力传感器$R_F$的阻值减小,根据并联电路电阻规律,电路总电阻减小,电源输出电流恒定,电源电压减小,通过$R_0$的电流减小,通过$R_F$的电流增大,电流表示数增大,所以减小电源的输出电流才能增大该风速仪所能测量的最大风速,故D错误。故选C。

5. ★★★|工程技术 “遥遥”科学小组培育的植株的生长环境温度不能超过 30 ℃,并且在20~30 ℃之间需满足一定的湿度要求。“领先”科创小组为其设计的温、湿度报警触发电路如图甲所示。电源为特制的可调恒流电源(使所在电路中的电流恒等于“预先设定的电流”),完全相同的防水热敏电阻$R_1$、$R_2$的阻值随温度的变化规律如图乙所示。
(1)小组将“预先设定的电流”设置为$2×10^{-3}\ \mathrm{A}$后进行报警触发设置。
温度报警触发设置:$30\ °\mathrm{C}$时$R_1$两端电压为$3.6\ \mathrm{V}$,将该电压设为温度报警触发值$U$,当$R_1$两端实际电压$U_1≤ U$时,触发温度报警。
湿度报警触发设置:用一端浸在水中的湿纱布敷在$R_2$上。由于湿纱布中的水,使$R_2$温度降低,导致$R_2$两端电压与$R_1$两端电压产生电压差$\Delta U$。环境越干燥,$R_2$与$R_1$的温差$\Delta t$越大,$\Delta U$也越大,因此可用$\Delta t$表示湿度状况。当$\Delta t≥5\ °\mathrm{C}$时需要湿度报警,将$\Delta t=5\ °\mathrm{C}$时的电压差$\Delta U$设为湿度报警触发值,记为$\Delta U_0$。请计算$\Delta U_0$(写出必要的文字说明、表达式及最后结果)。
(2)现根据实际需要改变“预先设定的电流”,使装置在$\Delta t≥8\ °\mathrm{C}$且湿度报警触发值比$\Delta U_0$增大$0.05\ \mathrm{V}$时触发湿度报警。重新调节后的温度报警触发值$U$为V。

5. (1)汽化吸热 $\Delta U_0=0.75\ \mathrm{V}$ (2)2.4
解析:(1)由于湿纱布中的水汽化吸热,使$R_2$温度降低。根据$30\ \mathrm{° C}$时,$R_1$两端的电压为3.6 V,电流为$2×10^{-3}\ \mathrm{A}$,则$30\ \mathrm{° C}$时$R_1$的阻值为$R_1=\frac{U}{I}=\frac{3.6\ \mathrm{V}}{2×10^{-3}\ \mathrm{A}}=1\ 800\ \Omega$,电阻阻值增加量与温度减小量的比值为$\frac{3\ 300\ \Omega-1\ 800\ \Omega}{30\ \mathrm{° C}-10\ \mathrm{° C}}=75\ \Omega/\mathrm{° C}$,
初始两个热敏电阻阻值相同,电压相同,均为3.6 V,随着$R_2$上的湿纱布水的汽化吸热,$R_2$阻值增大,当$\Delta t=5\ \mathrm{° C}$时,$R_2$的增加量为$\Delta R_2=5\ \mathrm{° C}×75\ \Omega/\mathrm{° C}=375\ \Omega$,
故电压增加量为$\Delta U=I\Delta R=2×10^{-3}\ \mathrm{A}×375\ \Omega=0.75\ \mathrm{V}$,
故$\Delta U_0=0.75\ \mathrm{V}$。
(2)增加后的$\Delta U'_0=0.75\ \mathrm{V}+0.05\ \mathrm{V}=0.8\ \mathrm{V}$,
当$\Delta t=8\ \mathrm{° C}$时,电阻增加量为$\Delta R'_2=8\ \mathrm{° C}×75\ \Omega/\mathrm{° C}=600\ \Omega$,
此时电流为$I'=\frac{\Delta U'_0}{\Delta R'_2}=\frac{0.8\ \mathrm{V}}{600\ \Omega}=\frac{1}{750}\ \mathrm{A}$,
当温度为$30\ \mathrm{° C}$时,热敏电阻$R_1$两端电压为$U'=I'R_1=\frac{1}{750}\ \mathrm{A}×1\ 800\ \Omega=2.4\ \mathrm{V}$,则重新调节后的温度报警触发值$U$为2.4 V。