题目内容
我市北部沿海耸起一片“风电林”，为威海经济发展提供了可再生绿色能源，为旅游业带来新亮点．小明对风力的研究也产生了浓厚的兴趣，和同学一起设计了“风力测试仪”的原理图，如图所示，已知电源电压12V，R0为20Ω，OB长为10cm，AB长为20cm．阻值为60Ω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3N的圆球P．金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦．闭合开关S，无风时，OP下垂并与电阻丝的B端接触；有风时，圆球P受风力作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转．请你解答下列问题：（1）无风时电流表示数是多少？
（2）当金属细杆OP滑到AB中点时电路消耗的总功率是多少？
（3）当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是多大？
（4）若将电流表的刻度改为风力表的刻度值，请问表盘刻度均匀吗？简要说明理由．
分析：（1）电路中，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，根据欧姆定律可计算无风时电流表示数是多少．
（2）当金属细杆OP滑到AB中点时，接入电路的是滑动变阻器总电阻的一半，根据电功率公式可计算电路消耗的总功率是多少．
（3）当金属细杆OP滑到A点时，根据杠杆平衡条件可计算圆球P受的风力是多大．
（4）根据欧姆定律F分析电流和风力的函数关系可判断表盘刻度是否均匀．
（2）当金属细杆OP滑到AB中点时，接入电路的是滑动变阻器总电阻的一半，根据电功率公式可计算电路消耗的总功率是多少．
（3）当金属细杆OP滑到A点时，根据杠杆平衡条件可计算圆球P受的风力是多大．
（4）根据欧姆定律F分析电流和风力的函数关系可判断表盘刻度是否均匀．
解答：解：（1）I1=
=
=0.15A；
答：无风时，电流表示数为0.15A．
（2）I2=
=
=0.24A；
P=U2I2=12V×0.24A=2.88W；
答：当金属细杆OP滑到AB中点时，电路中电流为0.24A．电路消耗的总功率是2.88W．
（3）如图：
当偏转到电阻丝的A端时，如图所示，F风的力臂为OC，圆球对杆OP的拉力为G，其的力臂为OD即PC．
由三角形相似可得
=
=
=
，
即L风=
L拉；
根据杠杆平衡条件F风l风=F拉l拉可得：
F风×
L拉=3N×L拉，
即：F风=6N；
答：当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是6N．
（4）表盘刻度不均匀．由于R0的存在，电路中的电流与电阻丝连入电路的阻值不成反比，因此将电流表刻度改为风力表的刻度，刻度盘不均匀．
| U1 |
| R1 |
| 12V |
| 20Ω+60Ω |
答：无风时，电流表示数为0.15A．
（2）I2=
| U2 |
| R2 |
| 12V |
| 20Ω+30Ω |
P=U2I2=12V×0.24A=2.88W；
答：当金属细杆OP滑到AB中点时，电路中电流为0.24A．电路消耗的总功率是2.88W．
（3）如图：
当偏转到电阻丝的A端时，如图所示，F风的力臂为OC，圆球对杆OP的拉力为G，其的力臂为OD即PC．
由三角形相似可得
| OC |
| PC |
| OB |
| AB |
| 10 |
| 20 |
| 1 |
| 2 |
即L风=
| 1 |
| 2 |
根据杠杆平衡条件F风l风=F拉l拉可得：
F风×
| 1 |
| 2 |
即：F风=6N；
答：当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是6N．
（4）表盘刻度不均匀．由于R0的存在，电路中的电流与电阻丝连入电路的阻值不成反比，因此将电流表刻度改为风力表的刻度，刻度盘不均匀．
点评：本题考查学生在具体的电路中运用欧姆定律的能力，同时综合杠杆平衡条件考查学生能否运用所学知识解决实际问题．
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