某兴趣小组为检测操场上的风力等级,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
的轻质滑块与轻质弹簧套在滑杆
上,滑杆上的摩擦力忽略不计,弹簧左端固定,右端与滑块相连。挡风板的挡风面积为0.2米
,均匀电阻丝
长为30厘米,阻值为15欧,电源电压
恒为9伏,保护电阻
为3欧,电压表量程
伏。弹簧弹力
与弹簧长度改变量
的关系如图乙所示。无风时,滑片
在
处,有风时,滑块移动,稳定后读出电压表示数,计算并查阅如表数据可知风速及风级。
风级 |
一级 |
二级 |
三级 |
四级 |
五级 |
六级 |
风速
(米
秒) |
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风压
(帕
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(1)无风时,求通过
的电流;
(2)为保护电路安全,求出风速仪所测最大风力等级为几级;
(3)某日从天气预报得知,第二天风力等级将会达到五级,风速
预计为
,在原有电路元件和电路基本连接方式均不变的基础上,电路将如何改进,在图丙的虚线框内将电路补充完整。小组成员还想计算出电路改进后电压表的示数,经查阅资料后得知,该挡风板所受的风压与风速的平方成正比,其关系式为
,(其中
为常量,数值为
,假设你为该小组成员,请你计算出风速为
时,改进后的电路中电压表的示数。