Question

16．如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的“風(fēng)力測(cè)試儀”的原理圖，電源電壓是6V，R₀為定值保護(hù)電阻，AB為長(zhǎng)20cm、阻值為50Ω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3N的圓球P，閉合開(kāi)關(guān)S，無(wú)風(fēng)時(shí)，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時(shí)，圓球P受風(fēng)力作用，是金屬細(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)，電流表示數(shù)為0.6A．已知懸掛點(diǎn)O與電阻絲B端為10cm，金屬細(xì)桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無(wú)摩擦，求：
（1）無(wú)風(fēng)時(shí)電流表示數(shù)；
（2）求當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑在AB中點(diǎn)時(shí)圓球P受風(fēng)力大小為多少牛？此時(shí)，電路消耗的總功率是多少？
（3）若將電流表的刻度改為風(fēng)力刻度值，請(qǐng)問(wèn)表盤(pán)刻度均勻嗎？簡(jiǎn)要說(shuō)明道理：

Answer 1

分析 （1）無(wú)風(fēng)時(shí)R₀與R_AB串聯(lián)，要想求得電流表的示數(shù)，需先求出R₀的阻值，可利用OP偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時(shí)的情況求出R₀的阻值．
（2）當(dāng)金屬桿0P滑在AB中點(diǎn)時(shí)，金屬桿0P與AB的觸點(diǎn)C和點(diǎn)O、B，組成等腰直角三角形，做出此時(shí)作用在金屬桿OP上的力臂，得到一個(gè)與三角形COB相似的等腰直角三角形，再利用杠桿平衡原理解得F_風(fēng)．利用歐姆定律求出此時(shí)電路中的電流再電功率公式求得電路消耗的功率．
（3）由杠桿平衡條件及R₀的存在，電路中的電流與電阻絲接入電路的阻值也不成正比也不成反比，將電流表的刻度該改為風(fēng)力刻度值表盤(pán)刻度不均勻．

解答 解：（1）當(dāng)OP偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時(shí)：R₀=$\frac{U}{{I}_{0}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
當(dāng)無(wú)風(fēng)時(shí)R₀與R_AB串聯(lián)，則電流表的示數(shù)為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{AB}}$=$\frac{6V}{10Ω+50Ω}$=0.1A；
（2）如圖所示：

由于OB=CB=10cm，又由三角形相似，則得L_風(fēng)=L_G
由杠桿平衡條件得F_風(fēng)L_風(fēng)=GL_G，故有F_風(fēng)=G=2N，
此時(shí)電流表示：I=$\frac{U}{{R}_{0}+\frac{{R}_{AB}}{2}}$=$\frac{6V}{10Ω+\frac{50Ω}{2}}$=$\frac{6}{35}$A，
電路消耗的總功率：P=UI=6V×$\frac{6}{35}$A≈1.03W；
（3）表盤(pán)刻度不均勻．理由：由杠桿平衡條件可知，電阻絲接入電路的阻值不與風(fēng)力成正比，再由R₀的存在，電路中的電流與電阻絲接入電路的阻值也不成反比，因此將電流表的刻度該改為風(fēng)力刻度值表盤(pán)刻度不均勻．
答：（1）無(wú)風(fēng)時(shí)電流表示數(shù)為0.1A；
（2）當(dāng)金屬細(xì)桿OP滑在AB中點(diǎn)時(shí)圓球P受風(fēng)力大小為2牛，此時(shí)，電路消耗的總功率是1.03W．
（3）將電流表的刻度改為風(fēng)力刻度值，表盤(pán)刻度不均勻；由杠桿平衡條件可知，電阻絲接入電路的阻值不與風(fēng)力成正比，再由R₀的存在，電路中的電流與電阻絲接入電路的阻值也不成反比，因此將電流表的刻度該改為風(fēng)力刻度值表盤(pán)刻度不均勻．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合性題目，考查了歐姆定律、電功率的計(jì)算公式以及杠桿原理，同時(shí)考查了數(shù)形結(jié)合的思想，這是一道相對(duì)新型的題目，在以后的做題過(guò)程中這樣的題目一定會(huì)越來(lái)越多，一定要讓學(xué)生審題和看圖，這是關(guān)鍵．