问题 问答题

某同学设计了一种测定风力的装置,其原理如图20所示,迎风板与一轻弹簧的一端N相连接,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=1300N/m,自然长度为L0=0.5m,均匀金属杆用电阻率较大的合金制成,迎风板面积S=0.5m2,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,电源的电动势E=12V,内阻r=0.5。合上开关,没有风吹时,弹簧处于原长,电压表示数为U1=3.0V;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

2 =2.0V,求:

(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);(2)260N

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,

解得:,所以金属杆单位长度的电阻为

(2)           有风时,

解得:,此时弹簧的长度为

弹簧的压缩量为

由于迎风板受风力和弹力而平衡,所以风力大小为

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