某課外小組設(shè)計了一種測定風(fēng)速的裝置,其原理如圖所示,一個勁度系數(shù)k=1300N/m,自然長度L=0.5m彈簧一端固定在墻上的M點,另一端N與導(dǎo)電的迎風(fēng)板相連,彈簧穿在光滑水平放置的電阻率較大的金屬桿上,彈簧是不導(dǎo)電的材料制成的.迎風(fēng)板面積S=0.5m2,工作時總是正對著風(fēng)吹來的方向.電路的一端與迎風(fēng)板相連,另一端在M點與金屬桿相連.迎風(fēng)板可在金屬桿上滑動,且與金屬桿接觸良好.定值電阻R=1.0Ω,電源的電動勢E=12V,內(nèi)阻r=0.5Ω.閉合開關(guān),沒有風(fēng)吹時,彈簧處于原長,電壓表的示數(shù)U1=3.0V,某時刻由于風(fēng)吹迎風(fēng)板,電壓表的示數(shù)變?yōu)閁2=2.0V.(電壓表可看作理想表)求:
(1)金屬桿單位長度的電阻;
(2)此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力;
(3)假設(shè)風(fēng)(運(yùn)動的空氣)與迎風(fēng)板作用后的速度變?yōu)榱悖諝獾拿芏葹?.3kg/m3,求風(fēng)速多大.

【答案】分析:(1)定值電阻R與金屬桿串聯(lián),當(dāng)無風(fēng)時,根據(jù)電壓表示數(shù),應(yīng)用閉合歐姆定律求出電流,再根據(jù)公式R=求出金屬桿接入電路的電阻.
(2)根據(jù)有風(fēng)時電壓表示數(shù)可用第1題的方法求出金屬桿接入電路的電阻,由電阻再求出此時彈簧的長度,根據(jù)胡克定律F=Kx,求出風(fēng)力.
(3)取極短時間內(nèi)吹到迎風(fēng)板上的空氣為研究對象,應(yīng)用動量定理和牛頓第三定律求出風(fēng)速.
解答:解:(1)當(dāng)無風(fēng)時,定值電阻R與金屬桿串聯(lián),由歐姆定律得,
        電路中電流I==6A
此時金屬桿接入電路中的電阻R==0.5Ω
       故金屬桿單位長度的電阻為=1Ω/m
    (2)當(dāng)有風(fēng)時,由歐姆定律得,
        電路中電流I′==
 此時金屬桿接入電路中的電阻R==0.3Ω
       此時金屬桿的長度為L=0.3m
  根據(jù)胡克定律得
      故作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力F=K(L-L)=1300(0.5-0.3)N=260N
    (3)以在極短時間△t內(nèi)吹到迎風(fēng)板上的空氣為研究對象,取風(fēng)的方向為正方向
     根據(jù)動量定理得
-F′△t=0-mV
        又m=ρSV△t,F(xiàn)′=F
    則F△t=ρSV△t?V 
     得到V==20m/s
答:(1)金屬桿單位長度的電阻為1Ω/m;
(2)此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力為260N;
(3)假設(shè)風(fēng)(運(yùn)動的空氣)與迎風(fēng)板作用后的速度變?yōu)榱悖諝獾拿芏葹?.3kg/m3,風(fēng)速為20m/s.
點評:本題考查電壓、電流、電阻的計算,關(guān)鍵是歐姆定律的公式及其變形的應(yīng)用以及串聯(lián)電路電壓的規(guī)律.解決力電綜合題,關(guān)鍵尋找力與電的橋梁,本題的橋梁是彈簧的長度.
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科目:高中物理 來源: 題型:

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(1)金屬桿單位長度的電阻;
(2)此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力.

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(1)金屬桿單位長度的電阻;
(2)此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力;
(3)假設(shè)風(fēng)(運(yùn)動的空氣)與迎風(fēng)板作用后的速度變?yōu)榱�,空氣的密度�?.3kg/m3,求風(fēng)速多大.

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(1)金屬桿單位長度的電阻;
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1.金屬桿單位長度的電阻;

2.此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力.            

 

 

 

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1.金屬桿單位長度的電阻;

2.此時作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力.            

 

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