Question

我市北部沿海耸起一片“风电林”，为威海经济发展提供了可再生绿色能源，为旅游业带来新亮点．小明对风力的研究也产生了浓厚的兴趣，和同学一起设计了“风力测试仪”的原理图，如图所示，已知电源电压12V，R为20Ω，OB长为10cm，AB长为20cm．阻值为60Ω的均匀电阻丝．OP为质量．电阻均不计的金属细杆，下端连接一个重为3N的圆球P．金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦．闭合开关S，无风时，OP下垂并与电阻丝的B端接触；有风时，圆球P受风力作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转．请你解答下列问题：
（1）无风时电流表示数是多少？
（2）当金属细杆OP滑到AB中点时电路消耗的总功率是多少？
（3）当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是多大？
（4）若将电流表的刻度改为风力表的刻度值，请问表盘刻度均匀吗？简要说明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）电路中，AB和OP的共同作用相当于滑动变阻器，无风时滑动变阻器接入电路的是最大电阻，根据欧姆定律可计算无风时电流表示数是多少．
（2）当金属细杆OP滑到AB中点时，接入电路的是滑动变阻器总电阻的一半，根据电功率公式可计算电路消耗的总功率是多少．
（3）当金属细杆OP滑到A点时，根据杠杆平衡条件可计算圆球P受的风力是多大．
（4）根据欧姆定律F分析电流和风力的函数关系可判断表盘刻度是否均匀．
解答：解：（1）I₁===0.15A；
答：无风时，电流表示数为0.15A．
（2）I₂===0.24A；
P=U₂I₂=12V×0.24A=2.88W；
答：当金属细杆OP滑到AB中点时，电路中电流为0.24A．电路消耗的总功率是2.88W．
（3）如图：

当偏转到电阻丝的A端时，如图所示，F_风的力臂为OC，圆球对杆OP的拉力为G，其的力臂为OD即PC．
由三角形相似可得===，
即L_风=L_拉；
根据杠杆平衡条件F_风l_风=F_拉l_拉可得：
F_风×L_拉=3N×L_拉，
即：F_风=6N；
答：当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是6N．
（4）表盘刻度不均匀．由于R的存在，电路中的电流与电阻丝连入电路的阻值不成反比，因此将电流表刻度改为风力表的刻度，刻度盘不均匀．
点评：本题考查学生在具体的电路中运用欧姆定律的能力，同时综合杠杆平衡条件考查学生能否运用所学知识解决实际问题．