Question

【题目】如图所示为某同学设计的“风力测试仪”的原理图，电路的保护电阻R0为10Ω，AB为长20cm、阻值为50Ω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2N的球P，闭合开关S，无风时，OP下垂并与电阻丝B端接触，此时电流表的示数为0.1A；有风时，球P受风力的作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转．已知悬挂点O与电阻丝B端的距离为10cm．金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦，电源电压恒定．求：
（1）电源电压；
（2）若金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的A端4cm处，此时电流表的示数是多少安；
（3）在风力作用下，当金属细杆OP在图示位置静止时，作出球P所受风力F风的力臂，并求出F风的大小．

Answer 1

【答案】
（1）无风时，R0与RAB串联，电流表测电路中的电流，

电源的电压：

U=I0（R0+RAB）=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V

答：电源电压为6V

（2）∵AB为长20cm、阻值为50Ω的均匀电阻丝

∴金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的A端4cm处，

接入电路的电阻R= ×4cm=10Ω，

电流表的示数I= = =0.3A

答：金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的A端4cm处，此时电流表的示数是0.3安

（3）球P所受风力F风的力臂，如下图所示：

∵△ABO∽△PEO；

∴ =

∴ = = =

∵金属细杆OP平衡，以O为支点；

则根据杠杆平衡条件可得：

F风= G= G= ×2N=4N

答：球P所受风力F风的力臂如上图所示，F风的大小为4N

【解析】（1）无风时，R0与RAB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）先根据题意求出金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的A端4cm处接入电路的电阻，再根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，即为电流表的示数；
【考点精析】利用杠杆的平衡条件和欧姆定律及其应用对题目进行判断即可得到答案，需要熟知杠杆平衡：杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，称为杠杆平衡．杠杆平衡是力和力臂乘积的平衡，而不是力的平衡．杠杆平衡的条件：动力 ×动力臂 = 阻力 ×阻力臂即：F1 L1 = F2 L2可变形为 ：F1 / F2 = L1 / L2；欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR）．