Question

小明同学设计的“风力测量仪”在校科技节上备受师生们的青睐．“风力测量仪”的原理如图所示．电源电压恒为6V，R为保护电阻，AB是一根长为30cm、阻值为30Ω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1N的小球P．闭合开关S，无风时，OP下垂并与电阻丝的B端接触；有风时，小球P受风力的作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转，当偏转到电阻丝的A端时，电压表示数为3V．已知悬挂点O与电阻丝B端的距离为10cm，金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦，求：
（1） R的阻值；
（2）无风时电压表的示数；
（3）在水平风力作用下，当金属细杆OP在图示位置静止时，电压表示数为2V．作出F_风的力臂，并求出F_风的大小．

Answer 1

【答案】分析：本题将杠杆知识和电学知识结合在一起，当无风时（OP下垂并与电阻丝的B端接触），利用欧姆定律求解；求出BC长度后利用杠杆原理求水平风力．
解答：解：（1）

（2）当无风时，OP下垂并与电阻丝的B端接触，连入电阻为0，所以电压表的示数为0；
（3）如右图

BC=20Ω×=20cm
∵F₁L₁=F₂L₂
∴F_风=L_G×=20cm×=2N
答：（1） R的阻值是30Ω；
（2）无风时电压表的示数为0；
（3）F_风的大小是2N
点评：本题通过OP将电学知识和杠杆知识连在一起，分析两种状态（OP竖直下垂、电压表示数为2V时）利用欧姆定律是关键