Question

小明同学设计的“风力测试仪”在校科技节上备受师生们的青睐，“风力测试仪”的原理如图所示．电源电压6V，R₀为保护电阻，AB为长20cm、阻值为50W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2N的球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，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，电流表示数为0．6A．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） R₀的阻值；
（2）无风时电流表示数；
（3）在风力作用下，当金属细杆OP在图示位置静止时，作出F风的力臂，并求出该力的大小．

Answer 1

（1）R₀的阻值为10Ω（2）无风时电流表示数为0.1A（3）风力为4N；

试题分析：当偏转到离电阻丝A端时，只有电阻R₀连入电路，又知道此时电源电压和电流，利用欧姆定律可求R₀的阻值；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，R₀与R_AB串联，根据欧姆定律可计算无风时电流表示数是多少．根据力臂的做法作出金属细杆OP在图示位置静止时F_风的力臂，利用杠杆原理求出该力的大小．
解：（1）当偏转到离电阻丝A端时，只有电阻R₀连入电路；
∴；
（2）无风时滑动变阻器接入电路的是最大电阻R_AB=50Ω，电阻丝全部连入电路的电阻，且电阻R₀与R_AB串联：
此时电路中的电流：

=．
（3）如右图：
∵△ABO∽△PEO；
∴
∴
∵金属细杆OP平衡，以O为支点；
则根据杠杆平衡条件和LG=PE得：
．
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、风力作用下在A点时）利用欧姆定律是关键；难点是利用相似三角形得出它们的力臂的比值．