如下图是一种测定风作用力的仪器示意图,质量m=0.8kg的金属球用质量很轻的细金属丝OP(电阻忽略不计)悬于O点.AB为一根水平放置的电阻丝,它与金属丝始终保持良好接

发布时间:2020-08-06 11:02:20

如下图是一种测定风作用力的仪器示意图,质量m=0.8kg的金属球用质量很轻的细金属丝OP(电阻忽略不计)悬于O点.AB为一根水平放置的电阻丝,它与金属丝始终保持良好接触,R0=10Ω是电路保护电阻,已知AB=10cm,且单位长电阻λ=2Ω/cm,OA=5cm,无风时细金属丝自然下垂在A点与电阻丝接触,这时电流表示数为0.5A,有风时细金属丝将发生偏转,已知偏角θ与风力F满足F=mgtanθ(g取10N/kg),求:
(1)电源电压为多少?
(2)如果电流表示数在增大,则风力如何变化?简要说明理由.
(3)如将电流表面盘刻度改成风力刻度,那么在1A刻度处应标上多少牛的刻度?

网友回答

解:(1)无风时,电阻丝的总电阻RAB与R0串联,电流表测电路中的电流,
∵串联电路中的总电阻等于各分电阻之和,
∴根据欧姆定律可得电源的电压:
U=IA(R0+RAB)=0.5A×(10Ω+10cm×2Ω/cm)=15V;
(2)风力变大,电阻丝AC被金属丝OC短路,整个电路相当于R0与RBC串联,RBC越小,电流越大,偏角越大,表示风力越大;
(3)当电路中的电流为1A时,电路中的总电阻:
R===15Ω,
此时电阻接入电路中的电阻:
RBC′=R-R0=15Ω-10Ω=5Ω,
被短路电阻丝的长度:
RAC=RAB-RBC′=10cm×2Ω/cm-5Ω=15Ω,
电阻丝的长度:
AC′==7.5m,
tanθ===1.5,
所以,F=mgtanθ=0.8kg×10N/kg×1.5=12N,
即在1A刻度处应标上12N的刻度.
答:(1)电源电压为15V;
(2)如果电流表示数在增大则风力越大;因风力变大时,电阻丝接入电路中的电阻越小,电路中的总电阻越小,根据欧姆定律可知电路中的电流越大,即电流表的示数越大;
(3)如将电流表面盘刻度改成风力刻度,那么在1A刻度处应标上12N的刻度.
解析分析:(1)无风时,细金属丝自然下垂在A点与电阻丝接触,则电阻丝的总电阻RAB与R0串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压;
(2)电流表示数在增大时,根据欧姆定律可知电路中总电阻的变化,进一步可知电阻丝接入电路中电阻的变化,然后判断风力的变化;
(3)根据欧姆定律求出电流表示数为1A时电路中的总电阻,根据电阻的串联求出电阻丝接入电路中的电阻,根据题意求出被短路的电阻,进一步求出被短路电阻丝的长度,利用三角函数求出正切值,然后根据F=mgtanθ求出风力的大小.

点评:本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用以及电路的动态分析,利用好“单位长电阻λ=2Ω/cm”和“F=mgtanθ”是关键.
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