Question

20．小華同學(xué)為探究水流對不同形狀物體的沖擊力，設(shè)計了一個實驗裝置，如圖甲所示．電源電壓保持3V不變，電流表量程為0～1A，電阻不計，粗細均勻的電阻絲MN全長12cm，總電阻為9Ω，它的阻值與其接入電路的長度成正比．水平光滑桿AB上套有彈簧，彈簧彈力與其伸長量x的關(guān)系如圖乙所示，彈簧左端固定，右端連接有滑塊，滑塊與滑片P、物體Q通過硬桿相連．滑片與電阻絲始終保持良好接觸．水流沖擊力為零時，滑片P剛好與電阻絲左端相接觸，此時電流表滿偏．測量時，滑塊穩(wěn)定后，小華通過電流表示數(shù)可計算出物體受到的水流沖擊力大�。�

（1）電阻R_o的阻值為多少？
（2）當(dāng)電流表讀數(shù)為0.5A時，物體所受的沖擊力大小為多少？
（3）當(dāng)滑片P滑到N端時，電阻絲MN消耗的功率是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電流表滿偏時，已知電流表的示數(shù)和電源電壓，利用歐姆定律公式變形可求得電阻R_o的阻值；
（2）根據(jù)電流表讀數(shù)為0.5A時，可求得電阻絲電阻，根據(jù)電阻絲MN全長12cm，總電阻為9Ω，它的阻值與其接入電路的長度成正比，可求得接入電路的長度，然后根據(jù)彈簧彈力與其伸長量x的關(guān)系可求得物體所受的沖擊力大小；
（3）當(dāng)滑片P滑到N端時，先計算電路中電流，再分析P=I²R計算MN消耗的功率．

解答 解：（1）水流沖擊力為零時，滑片P剛好與電阻絲左端相接觸，電流表滿偏，此時只有R₀接入電路，電流I=1A，
由I=$\frac{U}{I}$，
R₀=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{1A}$=3Ω；
（2）由圖電阻絲與R₀串聯(lián)，電流為I'=0.5A時，
電阻絲電阻R=R_總-R₀=$\frac{U}{I′}$-R₀=$\frac{3V}{0.5A}$-3Ω=3Ω，
因為粗細均勻的電阻絲MN全長12cm，總電阻為9Ω，它的阻值與其接入電路的長度成正比．
即：$\frac{9Ω}{12cm}$=$\frac{3Ω}{L}$，解得接入電路的長度為4cm，
由乙圖可知：F與x成正比，設(shè)F=kx，當(dāng)x=6cm時，F(xiàn)=24N，
所以k=$\frac{F}{x}$=$\frac{24N}{6cm}$=4N/cm
當(dāng)x=4cm時，
則F=4N/cm×x=4N/cm×4cm=16N；
（2）當(dāng)P滑到N端時，R連入阻值為最大值9Ω，
電路中電流I=$\frac{U}{R+{R}_{0}}$=$\frac{3V}{9Ω+3Ω}$=0.25A，
電阻絲MN消耗的功率：P=I²R=（0.25A）²×9Ω≈0.56W．
答：（1）電阻R_o的阻值為3Ω；
（2）當(dāng)電流表讀數(shù)為0.5A時，物體所受的沖擊力大小為16N；
（3）當(dāng)滑片P滑到N端時，電阻絲MN消耗的功率是0.56W．

點評 本題考查對歐姆定律的應(yīng)用、電功率計算及圖象的分析能力；了解滑片在不同位置時電路所處的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)化成拉力所對應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．