Question

【題目】如圖所示為某同學設(shè)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(zhì)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(guān)S，無風時，OP下垂并與電阻絲B端接觸，此時電流表的示數(shù)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(zhuǎn)．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(zhuǎn)到距離電阻絲的A端4cm處，此時電流表的示數(shù)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）無風時，R0與RAB串聯(lián)，電流表測電路中的電流，

電源的電壓：

U=I0（R0+RAB）=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V

答：電源電壓為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(zhuǎn)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(shù)I= = =0.3A

答：金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)到距離電阻絲的A端4cm處，此時電流表的示數(shù)是0.3安

（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(shè)為支點；

則根據(jù)杠桿平衡條件可得：

F風= G= G= ×2N=4N

答：球P所受風力F風的力臂如上圖所示，F(xiàn)風的大小為4N

【解析】（1）無風時，R0與RAB串聯(lián)，電流表測電路中的電流，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電源的電壓；（2）先根據(jù)題意求出金屬細桿OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)到距離電阻絲的A端4cm處接入電路的電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，即為電流表的示數(shù)；
【考點精析】利用杠桿的平衡條件和歐姆定律及其應(yīng)用對題目進行判斷即可得到答案，需要熟知杠桿平衡：杠桿在動力和阻力的作用下靜止或勻速轉(zhuǎn)動時，稱為杠桿平衡．杠桿平衡是力和力臂乘積的平衡，而不是力的平衡．杠桿平衡的條件：動力 ×動力臂 = 阻力 ×阻力臂即：F1 L1 = F2 L2可變形為 ：F1 / F2 = L1 / L2；歐姆定律的應(yīng)用： ① 同一個電阻，阻值不變，與電流和電壓無關(guān) 但加在這個電阻兩端的電壓增大時，通過的電流也增大．（R=U/I） ② 當電壓不變時，電阻越大，則通過的電流就越小．（I=U/R） ③ 當電流一定時，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR）．