◎ 题目

某研究性学习小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k=1300N/m，自然长度L0=0.5m弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电的材料制成的．迎风板面积S=0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向．电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连．迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好．定值电阻R=1.0Ω，电源的电动势E=12V，内阻r=0.5Ω．闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U2=3.0V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U2=2.0V．（电压表可看作理想表）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）当电压表的示数稳定为U2=2.0V时，假设风（运动的空气）与迎风板作用后的速度变为零，空气的密度为1.3kg/m3，求风速多大．

◎ 答案

（1）当无风时，定值电阻R与金属杆串联，由欧姆定律得，         电路中电流I= E-U1 R+r =6A         此时金属杆接入电路中的电阻R金=′ U1 I =0.5Ω        故金属杆单位长度的电阻为 R金 L0 =1Ω/m     （2）当有风时，由欧姆定律得，         电路中电流I′= E-U2 R+r = 20 3 A         此时金属杆接入电路中的电阻R金= U2 I′ =0.3Ω        此时金属杆的长度为L=0.3m   根据胡克定律得       故作用在迎风板上的风力F=K（L0-L）=1300（0.5-0.3）N=260N     （3）以在极短时间△t内吹到迎风板上的空气为研究对象，取风的方向为正方向      根据动量定理得 -F′△t=0-mV         又m=ρSV△t，F′=F     则F△t=ρSV△t?V       得到V= F ρS = 260 1.3×0.5 m/s=20m/s

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析，试题“某研究性学习小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k=1300N/m，自然长度L0=0.5m弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑…”主要考查了你对  【共点力的平衡】，【动量定理】，【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。