Question

小明同學(xué)設(shè)計(jì)的“風(fēng)力測量儀”在校科技節(jié)上備受師生們的青睞．“風(fēng)力測量儀”的原理如圖所示．電源電壓恒為6V，R₀為保護(hù)電阻，AB是一根長為30cm、阻值為30Ω的均勻電阻絲．OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)重為1N的小球P．閉合開關(guān)S，無風(fēng)時(shí)，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時(shí)，小球P受風(fēng)力的作用，使金屬細(xì)桿OP繞懸掛點(diǎn)O偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時(shí)，電壓表示數(shù)為3V．已知懸掛點(diǎn)O與電阻絲B端的距離為10cm，金屬細(xì)桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無摩擦，求：
（1） R₀的阻值；
（2）無風(fēng)時(shí)電壓表的示數(shù)；
（3）在水平風(fēng)力作用下，當(dāng)金屬細(xì)桿OP在圖示位置靜止時(shí)，電壓表示數(shù)為2V．作出F_風(fēng)的力臂，并求出F_風(fēng)的大小．

Answer 1

分析：本題將杠桿知識和電學(xué)知識結(jié)合在一起，當(dāng)無風(fēng)時(shí)（OP下垂并與電阻絲的B端接觸），利用歐姆定律求解；求出BC長度后利用杠桿原理求水平風(fēng)力．

解答：解：（1）I=

UAB

RAB

=

3V

30Ω

=0.1A
R0=

U0

I

=

6V-3V

0.1A

=30Ω
（2）當(dāng)無風(fēng)時(shí)，OP下垂并與電阻絲的B端接觸，連入電阻為0，所以電壓表的示數(shù)為0；
（3）如右圖
RBC= 

UBC

I

 =

2V

0.1A

=20Ω
BC=20Ω×

30cm

30Ω

=20cm
∵F₁L₁=F₂L₂
∴F_風(fēng)=L_G×

G

L風(fēng)

=20cm×

1N

10cm

=2N
答：（1） R₀的阻值是30Ω；
（2）無風(fēng)時(shí)電壓表的示數(shù)為0；
（3）F_風(fēng)的大小是2N

點(diǎn)評：本題通過OP將電學(xué)知識和杠桿知識連在一起，分析兩種狀態(tài)（OP豎直下垂、電壓表示數(shù)為2V時(shí)）利用歐姆定律是關(guān)鍵