登录
【探究学习活动】
典例分析3(2025·福建中考)降水量是指一段时间内，雨水(或融化后的固体降水)未经蒸发、渗透和流失所积聚起来的水层深度。为了监测降水量，科创小组制作了“翻斗式雨量计”，装置外观是上端开口的圆柱体，如图甲所示。内部结构示意图如图乙所示。装置核心部件如图丙所示，它是用中间隔板分开的两个完全对称的三角形容器，可绕O点处的水平轴转动，从而使两侧容器轮流接水，当一侧容器接满10 mL雨水时会发生翻转，将水倒出，随着降雨持续，翻斗左右翻转，过程如图丁所示。磁体与配重通过连杆安装在翻斗上并随翻斗左右摆动，当磁体经过磁感应开关(两者相互作用力忽略不计)时，磁感应开关通过电流传感器将翻斗翻转信息变成电信号，从而推算降水量。
(1)翻斗在水平位置时是等臂杠杆，我们学过的实验器材中属于等臂杠杆的有
(2)连杆上装有可调高度的配重。校准过程中，若倒入的水量总是大于10 mL时翻斗才发生翻转，则可通过
(3)图戊是翻斗翻转信息变为电信号的工作电路，电源电压不变，A、B为定值电阻，定值电阻A的阻值$R_1=800\ \Omega$。某次降雨，电流传感器(电阻不计)测得电流随时间变化的关系如图己。
①当磁体每次经过磁感应开关时，开关由断开变为闭合。
②“翻斗式雨量计”顶端开口面积为$0.1\ \mathrm{m}^2$，由图己可知该地区30 min内降水量约为
③由图戊可知，定值电阻B的阻值$R_2=$
(4)若在我国北方地区使用该装置，则可改进的措施是：
典例分析3(2025·福建中考)降水量是指一段时间内，雨水(或融化后的固体降水)未经蒸发、渗透和流失所积聚起来的水层深度。为了监测降水量，科创小组制作了“翻斗式雨量计”，装置外观是上端开口的圆柱体，如图甲所示。内部结构示意图如图乙所示。装置核心部件如图丙所示，它是用中间隔板分开的两个完全对称的三角形容器，可绕O点处的水平轴转动，从而使两侧容器轮流接水，当一侧容器接满10 mL雨水时会发生翻转，将水倒出，随着降雨持续，翻斗左右翻转，过程如图丁所示。磁体与配重通过连杆安装在翻斗上并随翻斗左右摆动，当磁体经过磁感应开关(两者相互作用力忽略不计)时，磁感应开关通过电流传感器将翻斗翻转信息变成电信号，从而推算降水量。
(1)翻斗在水平位置时是等臂杠杆，我们学过的实验器材中属于等臂杠杆的有
托盘天平(其他合理也可)
。(2)连杆上装有可调高度的配重。校准过程中，若倒入的水量总是大于10 mL时翻斗才发生翻转，则可通过
降低
(选填“降低”或“升高”)配重在连杆上的位置进行调整。(3)图戊是翻斗翻转信息变为电信号的工作电路，电源电压不变，A、B为定值电阻，定值电阻A的阻值$R_1=800\ \Omega$。某次降雨，电流传感器(电阻不计)测得电流随时间变化的关系如图己。
①当磁体每次经过磁感应开关时，开关由断开变为闭合。
②“翻斗式雨量计”顶端开口面积为$0.1\ \mathrm{m}^2$，由图己可知该地区30 min内降水量约为
1.2
mm(测量前翻斗内无水)，降水量变化趋势是变小
(选填“变大”或“变小”)。③由图戊可知，定值电阻B的阻值$R_2=$
200
$\Omega$。(4)若在我国北方地区使用该装置，则可改进的措施是：
低温天气时,可增加加热装置;降水量较小时,可以降低配重的高度
。答案
1. 托盘天平(其他合理也可)
解析：实验器材中属于等臂杠杆的有托盘天平、定滑轮等。
2. 降低
解析：倒入的水量总是大于10 mL时翻斗才发生翻转,说明配重的力臂过大,可降低配重的位置以减小力臂。
3. ②1.2 变小
解析：由题图己可知,30 min内有12次电流变化,即翻斗左右摆动了12次,每次倒水10 mL,一共倒水$120\ \mathrm{mL}=120\ \mathrm{cm}^3=1.2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$;顶端开口面积为$0.1\ \mathrm{m}^2$,则降水量$h=\frac{V}{S}=\frac{1.2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}{0.1\ \mathrm{m}^2}=1.2×10^{-3}\ \mathrm{m}=1.2\ \mathrm{mm}$。由题图己可知,电流变化的时间间隔变长,即翻斗每次倒水的时间间隔变长,说明降水量变小。
③200
解析：由题图戊可知,磁感应开关断开时,电流较小,为$5\ \mathrm{mA}=5×10^{-3}\ \mathrm{A}$;磁感应开关闭合时,电流较大,为$25\ \mathrm{mA}=25×10^{-3}\ \mathrm{A}$。根据欧姆定律,有$U=5×10^{-3}\ \mathrm{A}×(800\ \Omega+R_2)$,$U=25×10^{-3}\ \mathrm{A}× R_2$,$U$为电源电压,解得$U=5\ \mathrm{V}$,$R_2=200\ \Omega$。
4. 低温天气时,可增加加热装置;降水量较小时,可以降低配重的高度
解析：我国北方地区气温较低且降水量较小,为防止降下的雨水结冰,可增加加热装置;降水量小时,为防止装置测量误差较大,可以调大装置的灵敏度。故可改进的措施是:低温天气时,可增加加热装置;降水量较小时,可以降低配重的高度。
解析：实验器材中属于等臂杠杆的有托盘天平、定滑轮等。
2. 降低
解析：倒入的水量总是大于10 mL时翻斗才发生翻转,说明配重的力臂过大,可降低配重的位置以减小力臂。
3. ②1.2 变小
解析：由题图己可知,30 min内有12次电流变化,即翻斗左右摆动了12次,每次倒水10 mL,一共倒水$120\ \mathrm{mL}=120\ \mathrm{cm}^3=1.2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$;顶端开口面积为$0.1\ \mathrm{m}^2$,则降水量$h=\frac{V}{S}=\frac{1.2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}{0.1\ \mathrm{m}^2}=1.2×10^{-3}\ \mathrm{m}=1.2\ \mathrm{mm}$。由题图己可知,电流变化的时间间隔变长,即翻斗每次倒水的时间间隔变长,说明降水量变小。
③200
解析：由题图戊可知,磁感应开关断开时,电流较小,为$5\ \mathrm{mA}=5×10^{-3}\ \mathrm{A}$;磁感应开关闭合时,电流较大,为$25\ \mathrm{mA}=25×10^{-3}\ \mathrm{A}$。根据欧姆定律,有$U=5×10^{-3}\ \mathrm{A}×(800\ \Omega+R_2)$,$U=25×10^{-3}\ \mathrm{A}× R_2$,$U$为电源电压,解得$U=5\ \mathrm{V}$,$R_2=200\ \Omega$。
4. 低温天气时,可增加加热装置;降水量较小时,可以降低配重的高度
解析：我国北方地区气温较低且降水量较小,为防止降下的雨水结冰,可增加加热装置;降水量小时,为防止装置测量误差较大,可以调大装置的灵敏度。故可改进的措施是:低温天气时,可增加加热装置;降水量较小时,可以降低配重的高度。
解析
【分析】
本题围绕“翻斗式雨量计”展开，结合杠杆、欧姆定律、体积计算等物理知识，考查学生对物理原理在实际装置中应用的理解。解题时需逐一分析每个小问对应的物理规律：第(1)问回忆等臂杠杆的实验器材实例；第(2)问利用杠杆平衡条件分析配重位置对翻转水量的影响；第(3)问结合电路的欧姆定律和降水量的体积-面积-深度关系计算；第(4)问结合北方地区的气候特点提出改进措施。
【解析】
(1) 等臂杠杆的特点是动力臂等于阻力臂，实验器材中托盘天平属于等臂杠杆，符合要求。
(2) 倒入水量大于10mL才翻转，说明配重产生的力矩过大，需减小配重的力臂，因此应降低配重在连杆上的位置。
(3) ② 由图己可知，30min内电流变化共12次，每次翻斗倒水10mL，总水量V=12×10mL=120mL=1.2×10⁻⁴m³；降水量h=V/S=1.2×10⁻⁴m³ / 0.1m²=1.2×10⁻³m=1.2mm；电流变化的时间间隔变长，说明相同时间内翻转次数减少，降水量变小。
③ 开关断开时，R₁与R₂串联，电流I₁=5mA=5×10⁻³A；开关闭合时，仅R₂接入，电流I₂=25mA=25×10⁻³A。电源电压U不变，故U=I₁(R₁+R₂)=I₂R₂，代入数据：5×10⁻³A×(800Ω+R₂)=25×10⁻³A×R₂，解得R₂=200Ω。
(4) 我国北方低温易导致降水结冰，需增加加热装置；北方降水量较小，需提高测量灵敏度，可降低配重高度。
【答案】
(1) 托盘天平(合理即可)
(2) 降低
(3) ① 略；② 1.2；变小；③ 200
(4) 低温天气时，可增加加热装置；降水量较小时，可降低配重的高度
【知识点】
杠杆的分类、杠杆平衡条件、欧姆定律的应用
【点评】
本题将物理知识与实际监测装置结合，既考查基础知识点的应用，又要求学生理解装置的工作原理，需要学生具备理论联系实际的能力，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕“翻斗式雨量计”展开，结合杠杆、欧姆定律、体积计算等物理知识，考查学生对物理原理在实际装置中应用的理解。解题时需逐一分析每个小问对应的物理规律：第(1)问回忆等臂杠杆的实验器材实例；第(2)问利用杠杆平衡条件分析配重位置对翻转水量的影响；第(3)问结合电路的欧姆定律和降水量的体积-面积-深度关系计算；第(4)问结合北方地区的气候特点提出改进措施。
【解析】
(1) 等臂杠杆的特点是动力臂等于阻力臂，实验器材中托盘天平属于等臂杠杆，符合要求。
(2) 倒入水量大于10mL才翻转，说明配重产生的力矩过大，需减小配重的力臂，因此应降低配重在连杆上的位置。
(3) ② 由图己可知，30min内电流变化共12次，每次翻斗倒水10mL，总水量V=12×10mL=120mL=1.2×10⁻⁴m³；降水量h=V/S=1.2×10⁻⁴m³ / 0.1m²=1.2×10⁻³m=1.2mm；电流变化的时间间隔变长，说明相同时间内翻转次数减少，降水量变小。
③ 开关断开时，R₁与R₂串联，电流I₁=5mA=5×10⁻³A；开关闭合时，仅R₂接入，电流I₂=25mA=25×10⁻³A。电源电压U不变，故U=I₁(R₁+R₂)=I₂R₂，代入数据：5×10⁻³A×(800Ω+R₂)=25×10⁻³A×R₂，解得R₂=200Ω。
(4) 我国北方低温易导致降水结冰，需增加加热装置；北方降水量较小，需提高测量灵敏度，可降低配重高度。
【答案】
(1) 托盘天平(合理即可)
(2) 降低
(3) ① 略；② 1.2；变小；③ 200
(4) 低温天气时，可增加加热装置；降水量较小时，可降低配重的高度
【知识点】
杠杆的分类、杠杆平衡条件、欧姆定律的应用
【点评】
本题将物理知识与实际监测装置结合，既考查基础知识点的应用，又要求学生理解装置的工作原理，需要学生具备理论联系实际的能力，整体难度适中。
【难度系数】
0.6
