Question

【題目】如圖所示為某同學設計的“風力測試儀”的原理圖，電路的保護電阻R0為10Ω，AB為長20cm、阻值為50Ω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B端接觸，此時電流表的示數為0.1A；有風時，球P受風力的作用，使金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉．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，電源電壓恒定．求：

（1）電源電壓；

（2）若金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉到距離電阻絲的A端4cm處，此時電流表的示數是多少安；

（3）在風力作用下，當金屬細桿OP在圖示位置靜止時，作出球P所受風力F風的力臂，并求出F風的大小．

Answer 1

【答案】（1）電源電壓為6V；（2）金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉到距離電阻絲的A端4cm處，此時電流表的示數是0.3安；（3）球P所受風力F風的力臂如上圖所示，F風的大小為4N．

【解析】（1）無風時，R0與RAB串聯，電流表測電路中的電流，

電源的電壓：

U=I0（R0+RAB）=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V；

（2）∵AB為長20cm、阻值為50Ω的均勻電阻絲

∴金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉到距離電阻絲的A端4cm處，

接入電路的電阻R=×4cm=10Ω，

電流表的示數I===0.3A；

（3）球P所受風力F風的力臂，如下圖所示：

∵△ABO∽△PEO；

∴=

∴===

∵金屬細桿OP平衡，以O為支點；

則根據杠桿平衡條件可得：

F風=G=G=×2N=4N