11.某课外小组设计了一种测定风速的装置,其原理如图所示,一个劲度系数k=1300N/m,自然长度L0=0.5m弹簧一端固定在墙上的M点,另一端N与导电的迎风板相连,弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上,弹簧是不导电的材料制成的.迎风板面积S=0.5m2,工作时总是正对着风吹来的方向.电路的一端与迎风板相连,另一端在M点与金属杆相连.迎风板可在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好.定值电阻R=1.0Ω,电源的电动势E=12V,内阻r=0.5Ω.闭合开关,没有风吹时,弹簧处于原长,电压表的示数U2=3.0V,某时刻由于风吹迎风板,电压表的示数变为U2=2.0V.(电压表可看作理想表),试分析求解:
(1)此时风作用在迎风板上的力的大小;
(2)假设风(运动的空气)与迎风板作用后的速度变为零,空气的密度为1.3kg/m3,求风速多大.
(3)对于金属导体,从宏观上看,其电阻定义为:R=$\frac{U}{I}$.金属导体的电阻满足电阻定律:R=ρ$\frac{L}{S}$.在中学教材中,我们是从实验中总结出电阻定律的.而“金属经典电子论”认为,电子定向运动是一段一段加速运动的接替,各段加速都是从定向速度为零开始,设有一段通电导体,其长L,横截面积为S,电子电量为e,电子质量为m,单位体积内自由电子数为n,自由电子两次碰撞之间的时间为t0,现在,请同学们利用金属电子论,从理论上推导金属导体的电阻R∝$\frac{L}{S}$.
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