Question

利用電學方法可以測量水流對小球的作用力的大小．圖中質量為m的小鉛球用一根金屬絲系于O點．開始時水不流動，小球在豎直方向保持靜止．若水開始流動，則小鉛球將在水流的推動下向左擺動一定的角度θ．水流的速度越大，θ也越大．為了測定水流對小鉛球推力F的大小，在水平方向固定了一根長L的電阻絲BC，其C端在懸點O的正下方，OC相距h．BC與懸掛小鉛球的金屬絲接觸點為D，接觸良好，不計接觸點的摩擦和金屬絲的電阻．現有一個電動勢為E、內電阻不計的電源和一只理想電壓表，試將這些器材連接成測量F的電路，并要求水流的推力F越大時，電壓表的示數也越大．
（1）接線圖畫在圖上．（連接線必須接在圖中各個小圓點上）
（2）設小球穩定后電壓表的示數為U，試求水流對小鉛球的推力F．

Answer 1

（1）如圖所示；

（2）根據閉合電路歐姆定律，有

E

RBC

=

U

RDC

①
根據電阻定律，有

RBC

RDC

=

L

LDC

②
對小球受力分析，受水的推力F、細線的拉力T和重力G，如圖

根據共點力平衡條件，有
F=mgtanθ ③
其中
tanθ=

LCD

h

④
由①②③④解得
F=

mgL

hE

?U
即水流對小鉛球的推力F為

mgL

hE

?U．