Question

如图5-4-18所示，是一种测定火车加速度的实验装置原理图.质量为m的小球，用一柔软细长金属丝悬挂在O点，R₀为定值电阻.BD是水平放置的光滑电阻条.金属丝与其始终保持良好接触.火车静止或匀速直线运动时，金属丝处在OC位置，安培表的示数为I₀，伏特表的读数为U₀；现金属丝与竖直线的夹角为θ，此时安培表示数为I，伏特表的读数为U；已知 =H，金属丝电阻可忽略，电阻条单位长度的阻值为k，重力加速度为g.则：

图5-4-18

(1)火车此时做什么运动______________

(2)试写出火车加速度a 与I₀、I、U₀、U的关系式.

Answer 1

解析：(1)小球的合外力方向为水平向右即其加速度方向水平向右，火车的加速度与其相同，因此，火车可能向右加速或向左减速.

(2)金属丝处于与OC时，由欧姆定律得U₀=I₀（KL_CD+R₀）

金属丝处于OC成θ角时，有U=I₀［R₀+k(L_CD-Htanθ］

对小球用牛顿第二定律的，mgtanθ=ma

解以上三式得a=g(U₀I-UI₀)/kHI₀I.

答案：(1)向右加速或向左减速

(2)a=g(U₀I-UI₀)/kHI₀I