Question

小明同學設計的“風力測量儀”在校科技節上備受師生們的青睞．“風力測量儀”的原理如圖所示．電源電壓恒為6V，R₀為保護電阻，AB是一根長為30cm、阻值為30Ω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1N的小球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，小球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，電壓表示數為3V．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）無風時電壓表的示數；
（3）在水平風力作用下，當金屬細桿OP在圖示位置靜止時，電壓表示數為2V．作出F_風的力臂，并求出F_風的大小．

Answer 1

分析：本題將杠桿知識和電學知識結合在一起，當無風時（OP下垂并與電阻絲的B端接觸），利用歐姆定律求解；求出BC長度后利用杠桿原理求水平風力．

解答：解：（1）I=

UAB

RAB

=

3V

30Ω

=0.1A
R0=

U0

I

=

6V-3V

0.1A

=30Ω
（2）當無風時，OP下垂并與電阻絲的B端接觸，連入電阻為0，所以電壓表的示數為0；
（3）如右圖
RBC= 

UBC

I

 =

2V

0.1A

=20Ω
BC=20Ω×

30cm

30Ω

=20cm
∵F₁L₁=F₂L₂
∴F_風=L_G×

G

L風

=20cm×

1N

10cm

=2N
答：（1） R₀的阻值是30Ω；
（2）無風時電壓表的示數為0；
（3）F_風的大小是2N

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、電壓表示數為2V時）利用歐姆定律是關鍵