题目内容
【题目】某同学设计了一种测定风力的装置,其原理如图所示,迎风板与一轻质弹簧的一端N相接,穿在光滑的金属杆上.弹簧是绝缘材料制成的,其劲度系数k=1 300 N/m,自然长度L0=0.5 m,均匀金属杆用电阻率较大的合金制成,迎风板面积S=0.5 m2,工作时总是正对着风吹来的方向,电路中左端导线与金属杆M端相连,右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好.限流电阻的阻值R=1 Ω,电源的电动势E=12 V,内阻r=0.5 Ω.合上开关,没有风吹时,弹簧处于原长,电压表的示数U1=3.0 V;如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧,电压表的示数为U2=2.0 V,求:
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(1)金属杆单位长度的电阻;
(2)此时作用在迎风板上的风力.
【答案】(1)1 Ω/m.(2)260 N.
【解析】试题分析:设无风时金属杆接入电路的电阻为R1,有风时接入电路的电阻为R2,由题意得
(1)无风时:U1=
R1=3 V
解得:R1=0.5 Ω
所以金属杆单位长度的电阻为:r0=
=1 Ω/m.
(2)有风时,U2=
R2=2 V
解得:R2=0.3 Ω,
此时弹簧的长度为L=
=0.3 m,
弹簧的压缩量为:x=L0-L=(0.5-0.3)m=0.2 m
由于迎风板受风力和弹力而平衡,所以风力大小为
F=kx=1 300×0.2 N=260 N.
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