Question

利用電學(xué)方法可以測量水流對小球的作用力的大�。畧D中質(zhì)量為m的小鉛球用一根金屬絲系于O點(diǎn)．開始時(shí)水不流動，小球在豎直方向保持靜止．若水開始流動，則小鉛球?qū)⒃谒�流的推動下向左擺動一定的角度θ．水流的速度越大，θ也越大．為了測定水流對小鉛球推力F的大小，在水平方向固定了一根長L的電阻絲BC，其C端在懸點(diǎn)O的正下方，OC相距h．BC與懸掛小鉛球的金屬絲接觸點(diǎn)為D，接觸良好，不計(jì)接觸點(diǎn)的摩擦和金屬絲的電阻．現(xiàn)有一個電動勢為E、內(nèi)電阻不計(jì)的電源和一只理想電壓表，試將這些器材連接成測量F的電路，并要求水流的推力F越大時(shí)，電壓表的示數(shù)也越大．
（1）接線圖畫在圖上．（連接線必須接在圖中各個小圓點(diǎn)上）
（2）設(shè)小球穩(wěn)定后電壓表的示數(shù)為U，試求水流對小鉛球的推力F．

Answer 1

【答案】分析：（1）要求水流的推力F越大時(shí)，電壓表的示數(shù)也越大，由于水的推力越大，懸掛小球的細(xì)線與豎直方向的夾角越大，故可以用分壓式接法連接電路；
（2）先根據(jù)閉合電路歐姆定律求出CD間電阻值，得到CD間距，從而得到細(xì)線與豎直方向的夾角的正切值，最后對小球受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件得到小球受到的拉力大�。�
解答：解：（1）如圖所示；

（2）根據(jù)閉合電路歐姆定律，有
      ①
根據(jù)電阻定律，有
       ②
對小球受力分析，受水的推力F、細(xì)線的拉力T和重力G，如圖

根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件，有
F=mgtanθ         ③
其中
tanθ=          ④
由①②③④解得

即水流對小鉛球的推力F為．
點(diǎn)評：本題是一道力電綜合問題，關(guān)鍵先通過閉合電路歐姆定律結(jié)合幾何關(guān)系得到懸線與豎直方向的夾角，然后對小球受力分析后根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求得細(xì)線對小球的拉力大�。�