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=1300N/m,自然长度L0=0.5m,均匀金

◎ 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=1300N/m,自然长度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无摩擦滑动,且与金属杆接触良好.限流电阻的阻值R=1Ω,电源的电动势E=12V,内阻r=0.5Ω.合上开关,没有风吹时,弹簧处于原长,电压表的示数U1=3.0V;如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧,电压表的示数变为U2=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;
(3)若风(运动的空气)与迎风板作用后速度变为零,已知装置所在处的空气密度为1.3kg/m3,求风速为多大?
魔方格

◎ 答案

(1)无风时,金属杆电阻RL
RL
RL+R+r
=
3
12
    RL=0.5Ω
单位长度电阻  r0=
RL
L
=
0.5
0.5
=1Ω/m
(2)有风时  U2=
R2
R2+R+r
E
R2=0.3Ω
此时弹簧长度L=
R2
r
=
0.3
1
=0.3m
x=L0-L=0.5-0.3=0.2m
由平衡,此时风力:F=kx=1300×0.2=260N
(3)根据动量定理,有:
F△t=ρs(v△t)v
解得:v=

F
ρS
=

260
1.3×0.5
=20m/s
答:(1)金属杆单位长度的电阻为1Ω/m;
(2)此时作用在迎风板上的风力为260N;
(3)风速为20m/s.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“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=1300N/m,自然长度L0=0.5m,均匀金…”主要考查了你对  【弹力的大小、胡克定律】,【闭合电路欧姆定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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