Question

小華同學為探究水流對不同形狀物體的沖擊力，設計了一個實驗裝置，如圖甲所示。電源電壓保持3Ｖ不變，電流表量程為0～1A，電阻不計，粗細均勻的電阻絲MN全長12㎝，總電阻為9Ω，它的阻值與其接入電路的長度成正比。水平光滑桿AB上套有彈簧，彈簧彈力與其伸長量x的關系如圖乙所示，彈簧左端固定，右端連接有滑塊，滑塊與滑片P、物體Q通過硬桿相連。滑片與電阻絲始終保持良好接觸。水流沖擊力為零時，滑片P剛好與電阻絲左端相接觸，此時電流表滿偏。測量時，滑塊穩定后，小華通過電流表示數可計算出物體受到的水流沖擊力大小。

（1）電阻R₀的阻值為多少？
（2）當電流表讀數為0.5A時，物體所受的沖擊力大小為多少？

Answer 1

（1）3Ω   （2）16N

試題分析：
（1）因為水流沖擊力為零時，滑片P剛好與電阻絲左端相接觸，即電阻絲接入電路的阻值為零，此時電流表滿偏，電流I=1A
電阻R₀的阻值 R₀=U/I=3V/1A=3Ω                                                  
（2）電流為I＇=0.5A時
電阻絲電阻R=U/I-R₀=3V/0.5A-3Ω=3Ω                                 
接入電路的長度為3Ω×12㎝/9Ω=4cm                                              
由圖乙知：彈簧彈力與其伸長量的關系F="Kx" ，把F=24N和x="6cm" 代入解得： K=4N/cm                                               
則F==kx=4N/cm×4cm=16N