Question

小明同学设计的“风力测试仪”在校科技节上备受师生们的青睐，“风力测试仪”的原理如图所示．电源电压6V，R为保护电阻，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下垂并与电阻丝的B端接触；有风时，球P受风力作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转，当偏转到电阻丝的A端时，电流表示数为0.6A．已知悬挂点O与电阻丝B端为10cm，金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦，求：
（1）R的阻值；（2）无风时电流表示数；（3）在风力作用下，当金属细杆OP在图示位置静止时，作出F风的力臂，并求出该力的大小．

Answer

（1）当偏转到离电阻丝A端时，只有电阻R连入电路，又知道此时电源电压和电流，利用欧姆定律可求R的阻值；
（2）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，R与RAB串联，根据欧姆定律可计算无风时电流表示数是多少．
（3）根据力臂的做法作出金属细杆OP在图示位置静止时F风的力臂，利用杠杆原理求出该力的大小．
【解析】
（1）当偏转到离电阻丝A端时，只有电阻R连入电路；
∴R===10Ω；
（2）无风时滑动变阻器接入电路的是最大电阻RAB=50Ω，电阻丝全部连入电路的电阻，且电阻R与RAB串联：
此时电路中的电流：
I′===0.1A．
（3）如右图：
∵△ABO∽△PEO；
∴=
∴===2：1
∵金属细杆OP平衡，以O为支点；
则根据杠杆平衡条件和LG=PE得：
F风=G=G=×2N=4N．
答：（1）R的阻值是10Ω；
（2）无风时的电流表的示数为0.1A；
（3）风力的大小是4N．