Question

 如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，m是一个金属球，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为l的电阻丝，其阻值为R。金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中点C焊接一根导线。从O点引出一根导线，两线之间

接入一个电压表V（金属丝和导线电阻不计），图中虚

线OC与AB相垂直，且OC=h，电阻丝AB接在电压

为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使A

B沿着车前进的方向，列车静止时金属丝呈竖直方向，               

从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。

   （1）当列车向右做匀加速运动时，试写出加速度a与电压表读数U的对应关系，以便重新刻制电压表表面使它成为直读加速度数值的加速度计。

   （2）为什么C点设置在电阻丝AB的中间？对电压表的选择应有什么特殊要求？                                         

Answer

 【解析】

（1）设列车加速度为时小球偏离竖直方向的夹角为θ，这时小球受到的合外力为F=mgtanθ，由牛顿第二定律可得列车的加速度为a=gtanθ=g.DC/h

上式即触点D的位移跟加速度的关系式。

    从电路部分来看，设此时电压表的读数为U’，根据串联电路的特点，对均匀电阻丝来说有电压与电阻丝长度成正比，即U’／U=RDC／RAB=DC/l     DC=l U’／U

    由上两式联列得a=gU’l／Uh

    上式中g、U、l、h都是常数，表明U’与a正比，可将电压表上的电压读数一一对应成加速度的数值，电压表便改制成了加速度计。

   （2）这个装置测得最大加速度的情况是触点由D移到A，这时电压表读数U’=U/2，

所以amax=gl/2h

C点设置在AB中间的好处是：利用这个装置还可以测定列车做匀减速运动时的加速度，这时小球偏向OC线的右方。电压表要零点在中间，且量程大于U/2