Question

小明同學設計的“風力測試儀”在校科技節上備受師生們的青睞，“風力測試儀”的原理如圖所示．電源電壓6V，R₀為保護電阻，AB為長20cm、阻值為50W的均勻電阻絲．OP為質量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個重為2N的球P．閉合開關S，無風時，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風時，球P受風力的作用，使金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉，當偏轉到電阻絲的A端時，電流表示數為0．6A．已知懸掛點O與電阻絲B端的距離為10cm，金屬細桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無摩擦，

求：（1） R₀的阻值；
（2）無風時電流表示數；
（3）在風力作用下，當金屬細桿OP在圖示位置靜止時，作出F風的力臂，并求出該力的大小．

Answer 1

（1）R₀的阻值為10Ω（2）無風時電流表示數為0.1A（3）風力為4N；

解析試題分析：當偏轉到離電阻絲A端時，只有電阻R₀連入電路，又知道此時電源電壓和電流，利用歐姆定律可求R₀的阻值；AB和OP的共同作用相當于滑動變阻器，無風時滑動變阻器接入電路的是最大電阻，R₀與R_AB串聯，根據歐姆定律可計算無風時電流表示數是多少．根據力臂的做法作出金屬細桿OP在圖示位置靜止時F_風的力臂，利用杠桿原理求出該力的大小．
解：（1）當偏轉到離電阻絲A端時，只有電阻R₀連入電路；
∴；
（2）無風時滑動變阻器接入電路的是最大電阻R_AB=50Ω，電阻絲全部連入電路的電阻，且電阻R₀與R_AB串聯：
此時電路中的電流：

=．
（3）如右圖：
∵△ABO∽△PEO；
∴
∴
∵金屬細桿OP平衡，以O為支點；
則根據杠桿平衡條件和LG=PE得：
．
考點：本題考查歐姆定律的應用、杠桿的平衡條件、力臂的畫法、串聯電路的電壓規律、滑動變阻器的使用、電阻的串聯
點評：本題通過OP將電學知識和杠桿知識連在一起，分析兩種狀態（OP豎直下垂、風力作用下在A點時）利用歐姆定律是關鍵；難點是利用相似三角形得出它們的力臂的比值．