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杆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米2，均匀电阻丝AB长为20厘米，阻值为10欧，电源电压U0恒为6伏，保护电阻R0为14欧，电压表量程0～3伏。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。
风级 | 一级 | 二级 | 三级 | 四级 | 五级 | 六级 |
风速v（米/秒） | 0.3～1.5 | 1.6～3.3 | 3.4～5.4 | 5.5～7.9 | 8.0～10.7 | 10.8～13.8 |
风压p（帕） | 0.055～1.4 | 1.6～6.8 | 7.2～18 | 18.9～39 | 40～72 | 72.9～119 |
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______。（选填“变大”、“不变”或“变小”）
（2）当电压表示数U为2伏时，风速仪所测的风为几级？（写出计算过程）
（3）小明想在风速仪的电压表上直接标出风速，查阅资料后获知该挡风板所受的风力与风速的平方成正比。经计算，他画出了风速v与电压表示数U的关系曲线，如图丙所示。后因保护电阻R0损坏，他将其换成了阻值为5欧的电阻，请你在图丙坐标系中大致画出更换电阻后的风速v与电压表示数U的关系曲线，并在曲线上标出所能测量的最大风速的对应点Q。
解析：
（1）因电压表接在滑片上且电压表在电路中相当于断路，所以，电流要流经全部电阻丝，在滑片P左移的过程中，始终是全部电阻丝与电阻R0串联，所以电路的总电阻不变；
（2）由图知，电压表测滑片以右电阻丝的电压，根据串联电阻的规律和欧姆定律可得，电路中的电流为：
I=
=
=0.25A，
当电压表示数U为2伏时，由欧姆定律可得，AP段电阻丝的阻值：
RAP=
=
=8Ω，
因均匀电阻丝AB长为20cm，阻值为10Ω，
故AP段电阻丝的长度：
LAP=
×20cm=16cm，
由图乙知，此时弹簧的弹力F=14N，此时风对挡风板的压强（风压）为：
p=
=
=70Pa；
由表知，此时风力为五级；
（3）由图丙可知，风速最大时，原来电压表最大示数为2.5V，
由欧姆定律可得，AP段电阻丝的最大电阻为：
R′AP=
=
=10Ω，
因均匀电阻丝AB长为20cm，阻值为10Ω，故弹簧的压缩长度为20cm，由图乙知，此时弹力
F′=14N+
=17.5N；
若换成了阻值为5欧的电阻，电路中的电流：
I′=
=
=0.4A，
因电压表量程为0-3V，故电压表最大示数为3V，由欧姆定律可得，AP的最大电阻为：
RAP″=
=
=7.5Ω，
此时AP段电阻丝的长度：
L′AP=
×20cm=15cm，
弹簧弹力F与弹簧长度改变量x的关系为过原点的直线，由图乙可知F与x的关系为
F=
N/cm×x，
则当L′AP=15cm，弹簧的弹力
F′=
N/cm×15cm=13.12N；
因该挡风板所受的风力与风速的平方成正比，故有
=
，
解得此时的最大风速：
v=0.86v大 即：
U=3V时，v=0.86v大，可在图象中描出Q点，此时风速v与电压表示数U的大致关系曲线，如下面红色曲线所示：
故：
（1）在滑片P左移的过程中，电路的总电阻不变；
（2）当电压表示数U为2伏时，风速仪所测的风为五级；
（3）如上图所示。
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