《2025年作业本江西教育出版社九年级物理上册教科版》

6. “疯狂物理”实验小组设计了一种测定水平方向风力的装置，如图 6 甲所示，绝缘轻弹簧的左端固定在压敏电阻 $R$ 上，右端与中心有孔、表面竖直的金属迎风板相连，一起套在粗细均匀的水平金属杆上，迎风板与金属杆之间的摩擦忽略不计。电源电压恒为 $8.4\ V$，电流表的测量范围为 $0\sim0.6\ A$，电压表的测量范围为 $0\sim15\ V$，小灯泡上标有“$6\ V\ 3\ W$”字样，且灯泡两端电压不允许超过额定电压，假设灯丝电阻保持不变，压敏电阻 $R$ 的阻值随压力的变化规律如图 6 乙所示。求：
(1)小灯泡的额定电流；
(2)当压敏电阻所受的压力为 $2\ N$ 时，小灯泡的实际功率；
(3)在电路安全的前提下，风力最大时压敏电阻的功率。

答案：
(1)小灯泡的额定电流：
根据$P = UI$，可得$I = \frac{P}{U}$，已知$P = 3W$，$U = 6V$，则$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{3W}{6V}=0.5A$。
(2)由$P = \frac{U^{2}}{R}$可得，灯泡电阻$R_{L}=\frac{U_{额}^{2}}{P_{额}}=\frac{(6V)^{2}}{3W}=12\Omega$。
由图乙可知，当$F = 2N$时，压敏电阻$R = 9\Omega$。
此时电路电流$I=\frac{U}{R_{L}+R}=\frac{8.4V}{12\Omega + 9\Omega}=0.4A$。
小灯泡的实际功率$P_{实}=I^{2}R_{L}=(0.4A)^{2}×12\Omega = 1.92W$。
(3)由图甲可知，$R$与$L$串联，电压表测$R$两端电压，电流表测电路电流，由题可知，灯泡允许通过的最大电流$I_{max}=0.5A$，电流表量程$0\sim0.6A$，则电路最大电流$I_{max}=0.5A$。
当$I_{max}=0.5A$时，由$I = \frac{U}{R}$可得，电路总电阻$R_{总}=\frac{U}{I_{max}}=\frac{8.4V}{0.5A}=16.8\Omega$。
则此时压敏电阻阻值$R_{min}=R_{总}-R_{L}=16.8\Omega - 12\Omega = 4.8\Omega$。
由图乙可知，当$R = 4.8\Omega$时，压敏电阻所受压力$F_{max}=6N$，此时风力最大。
此时压敏电阻功率$P_{R}=I_{max}^{2}R_{min}=(0.5A)^{2}×4.8\Omega = 1.2W$。
综上，答案依次为：
(1)$0.5A$；
(2)$1.92W$；
(3)$1.2W$。