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∼3.33
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 。