Question

某同學利用業(yè)余時間為工廠設(shè)計了一個測定機器轉(zhuǎn)動角速度的裝置，如圖所示．A為一金屬小球，質(zhì)量為m，電阻不計．水平光滑的均勻滑桿PN由合金材料制成，電阻不能忽略，PA與電路相連接，電源電動勢為ε，內(nèi)阻不計，限流電阻與桿PN的總電阻相等．連接小球的彈簧，由絕緣材料制成，彈簧的勁度系數(shù)為K．小球靜止時恰好在滑桿PN的中點，當系統(tǒng)繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動時，電壓表的示數(shù)為U，試求此時系統(tǒng)轉(zhuǎn)動的角速度ω．

Answer 1

【答案】分析：球做勻速圓周運動，彈簧的拉力提供向心力，根據(jù)胡克定律和向心力公式列式；電路中兩電阻串聯(lián)，根據(jù)閉合電路歐姆定律列式；最后聯(lián)立求解．
解答：解：設(shè)桿PN電阻為R，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動時桿PA段的電阻為R
根據(jù)歐姆定律得：
U₁==ε  （1）
U₂=         （2）
設(shè)彈簧原長為l，則實際長度l（反映PN桿接入電路中的長度）為：
l=             （3）
彈簧伸長量為：
x=l-l                （4）
據(jù)胡克定律和牛頓第二定律得  Kx=mω²l （5）
由（1）（2）（3）（4）（5）式解得：
ω=（6）
答：此時系統(tǒng)轉(zhuǎn)動的角速度ω為．
點評：本題通過一個測定機器轉(zhuǎn)動角速度的裝置考查電路計算，應用能力的考查是今后高考的命題方向．從學科上看該題是力學與電學的綜合，在實際應用中是把一個力學量的變化用電學量表示出來．