Question

16．如圖是某同學(xué)設(shè)計的“風(fēng)力測試儀”的原理圖，電源電壓是6V，R₀為定值保護電阻，AB為長20cm、阻值為50Ω的均勻電阻絲，OP為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個重為3N的圓球P，閉合開關(guān)S，無風(fēng)時，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時，圓球P受風(fēng)力作用，是金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時，電流表示數(shù)為0.6A．已知懸掛點O與電阻絲B端為10cm，金屬細桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無摩擦，求：
（1）無風(fēng)時電流表示數(shù)；
（2）求當(dāng)金屬細桿OP滑在AB中點時圓球P受風(fēng)力大小為多少牛？此時，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，請問表盤刻度均勻嗎？簡要說明道理：

Answer 1

分析 （1）無風(fēng)時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端時的情況求出R₀的阻值．
（2）當(dāng)金屬桿0P滑在AB中點時，金屬桿0P與AB的觸點C和點O、B，組成等腰直角三角形，做出此時作用在金屬桿OP上的力臂，得到一個與三角形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)力刻度值表盤刻度不均勻．

解答 解：（1）當(dāng)OP偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時：R₀=$\frac{U}{{I}_{0}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
當(dāng)無風(fēng)時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)力刻度值表盤刻度不均勻．
答：（1）無風(fēng)時電流表示數(shù)為0.1A；
（2）當(dāng)金屬細桿OP滑在AB中點時圓球P受風(fēng)力大小為2牛，此時，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)力刻度值表盤刻度不均勻．

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