Question

【題目】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種測(cè)定風(fēng)力的裝置，其原理如圖所示，迎風(fēng)板與一輕質(zhì)彈簧的一端N相接，穿在光滑的金屬桿上．彈簧是絕緣材料制成的，其勁度系數(shù)k＝1 300 N/m，自然長(zhǎng)度L0＝0.5 m，均勻金屬桿用電阻率較大的合金制成，迎風(fēng)板面積S＝0.5 m2，工作時(shí)總是正對(duì)著風(fēng)吹來(lái)的方向，電路中左端導(dǎo)線(xiàn)與金屬桿M端相連，右端導(dǎo)線(xiàn)接在N點(diǎn)并可隨迎風(fēng)板在金屬桿上滑動(dòng)，且與金屬桿接觸良好．限流電阻的阻值R＝1 Ω，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝12 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω.合上開(kāi)關(guān)，沒(méi)有風(fēng)吹時(shí)，彈簧處于原長(zhǎng)，電壓表的示數(shù)U1＝3.0 V；如果某時(shí)刻由于風(fēng)吹使迎風(fēng)板向左壓縮彈簧，電壓表的示數(shù)為U2＝2.0 V，求：

(1)金屬桿單位長(zhǎng)度的電阻；

(2)此時(shí)作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力．

Answer 1

【答案】（1）1 Ω/m．（2）260 N．

【解析】試題分析：設(shè)無(wú)風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的電阻為R1，有風(fēng)時(shí)接入電路的電阻為R2，由題意得

（1）無(wú)風(fēng)時(shí)：U1＝R1＝3 V

解得：R1＝0．5 Ω

所以金屬桿單位長(zhǎng)度的電阻為：r0＝＝1 Ω/m．

（2）有風(fēng)時(shí)，U2＝R2＝2 V

解得：R2＝0．3 Ω，

此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為L＝＝0．3 m，

彈簧的壓縮量為：x＝L0－L＝（0．5－0．3）m＝0．2 m

由于迎風(fēng)板受風(fēng)力和彈力而平衡，所以風(fēng)力大小為

F＝kx＝1 300×0．2 N＝260 N．