Question

利用电学方法可以测量水流对小球的作用力的大小．图中质量为m的小铅球用一根金属丝系于O点．开始时水不流动，小球在竖直方向保持静止．若水开始流动，则小铅球将在水流的推动下向左摆动一定的角度θ．水流的速度越大，θ也越大．为了测定水流对小铅球推力F的大小，在水平方向固定了一根长L的电阻丝BC，其C端在悬点O的正下方，OC相距h．BC与悬挂小铅球的金属丝接触点为D，接触良好，不计接触点的摩擦和金属丝的电阻．现有一个电动势为E、内电阻不计的电源和一只理想电压表，试将这些器材连接成测量F的电路，并要求水流的推力F越大时，电压表的示数也越大．
（1）接线图画在图上．（连接线必须接在图中各个小圆点上）
（2）设小球稳定后电压表的示数为U，试求水流对小铅球的推力F．

Answer 1

（1）如图所示；

（2）根据闭合电路欧姆定律，有

E

RBC

=

U

RDC

①
根据电阻定律，有

RBC

RDC

=

L

LDC

②
对小球受力分析，受水的推力F、细线的拉力T和重力G，如图

根据共点力平衡条件，有
F=mgtanθ ③
其中
tanθ=

LCD

h

④
由①②③④解得
F=

mgL

hE

?U
即水流对小铅球的推力F为

mgL

hE

?U．