Question

我校物理课外兴趣小组同学为发展可再生绿色能源．小明等几位同学对风力的研究产生了浓厚的兴趣，共同设计了“风力测试仪”，其原理如图所示，已知电源电压12V恒定，OB长为10cm，AB长为20cm、阻值为60Ω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4N的圆球P．金属细杆OP始终与电阻丝AB接触良好且无摩擦．闭合开关S，无风时，OP下垂并与电阻丝的B端接触，此时电流表的示数为0.15A；有风时，圆球P受风力作用，使金属细杆OP绕悬挂点O偏转．，请你解答下列问题：
（1）定值电阻R为多少Ω？
（2）若金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的B端16cm处，此时电路消耗的总功率是多少？
（3）当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是多大？

Answer

（1）无风时，定值电阻R0与电阻丝的最大阻值串联，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，再根据电阻的串联求出定值电阻R的阻值；
（2）根据题意求出金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的B端16cm处的电阻，利用电阻的串联和P=此时电路消耗的总功率；
（3）先根据题意求出金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的A端4cm处接入电路的电阻，再根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，即为电流表的示数；
即：（1）无风时，定值电阻R0与电阻丝的最大阻值串联，
由欧姆定律可得，电路中的总电阻：
R总===80Ω，
∵串联电路中的总电阻等于各分电阻之和，
∴定值电阻的阻值：
R=R总-RAB=80Ω-60Ω=20Ω；
（2）∵电阻丝均匀，
∴金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的B端16cm处，接入电路中的电阻：
R′=×60Ω=12Ω，
此时电路消耗的总功率：
P===4.5W；
（3）球P所受风力F风的力臂，如下图所示：

∵△ABO∽△PEO；
∴=
∴===，
∵金属细杆OP平衡，以O为支点；
则根据杠杆平衡条件可得：
F风=G=G=×4N=8N．
答：（1）定值电阻R为20Ω；
（2）若金属细杆OP绕悬挂点O偏转到距离电阻丝的B端16cm处，此时电路消耗的总功率是4.2W；
（3）当金属细杆OP滑到A点时圆球P受的风力是8N．