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用電學方法測水流對小球的作用力如圖所示,質量為m的小鉛球P系在金屬絲下,懸掛在O點,開始時小鉛球P沿豎直方向處于靜止狀態(tài).將小鉛球P放入水平流動的水中時,球向左擺起一定的角度?θ,水流速度越大,θ越大.為了測定水流對小球作用力的大小,在水平方向固定一根電阻絲BC,C端在O點正下方,且OC長為h,BC長為l,BC與金屬絲接觸良好,接觸點為D,不計接觸點D處的摩擦和金屬絲電阻,再取一只電源,其兩端電壓為U0和一只電壓表,將這些器材連接成測量電路.

(1)為使水流作用力增大時,電壓表讀數(shù)增大,四位同學分別連接成了如圖所示的四個電路,其中連接正確的是

(2)若小球平衡時,CD長為x,求水流對小球作用力F的大�。�
(3)若小球平衡時,電壓表讀數(shù)為u,請寫出用m、u、U、h和L表示的F的表達式.
分析:(1)電路中BD與DC串聯(lián),水流作用力增大時,θ增大,BD的電壓減小,DC的電壓增大,要使電壓表讀數(shù)增大,電壓表必須測量DC部分的電壓.
(2)作出小球的受力圖,根據三角形相似法求出水流對小球作用力F的大�。�
(3)若小球平衡時,電壓表讀數(shù)為u,根據歐姆定律和電阻定律得到x與L、u、U的關系式,再由F與x的關系式聯(lián)立得出m、u、U、h和L表示的F的表達式.
解答:解:
(1)電路中BD與DC串聯(lián),水流作用力增大時,θ增大,BD的電壓減小,DC的電壓增大,要使電壓表讀數(shù)增大,電壓表必須測量DC部分的電壓.由于金屬絲的電阻不計,所以應采用乙圖連接方式.
(2)以球為研究對象,其受力如圖所示.作出F與mg的合力.根據三角形相似得到
   
F
mg
=
x
h

得到  F=
x
h
mg
 ①
(3)當電壓表讀數(shù)為u時,根據歐姆定律得
  
u
U
=
RDC
RBC

又由電阻定律得知
RDC
RBC
=
x
L

將①②③聯(lián)立解得
   F=
mguL
hU

答:(1)乙
    (2)水流對小球作用力F的大小是
x
h
mg

    (3)若小球平衡時,電壓表讀數(shù)為u,F(xiàn)的表達式為F=
mguL
hU
點評:本題力電綜合題,尋找力與電聯(lián)系的橋梁是關鍵.本題力與電的紐帶是DC的長度.中等難度,一個好題.
練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源:(課標人教版)2010年《高考風向標》物理 第8章 恒定電流 第3講 閉合電路歐姆定律及其應用 人教版 題型:038

可以用電學方法來測水流的速度.如圖所示,將小鉛球P系在細金屬絲下,懸掛在O點,開始時小鉛球P沿豎直方向處于靜止狀態(tài),當將小鉛球P放入水平流動的水中時,球向左擺起一定的角度.為了測定水流的速度V,在水平方向固定一根電阻絲BC,使C端位于O點的正下方,它與金屬絲接觸良好,不計摩擦,還有一個電動勢為ε電源(內阻不計)和一只電壓表.

(1)設計一個電路,使水流速度增大時,電壓表的示數(shù)也增大,在題圖上畫出原理圖.

(2)已知水流對小球的作用力F與水流速度V的關系為FkDV(k為比例系數(shù),D為小鉛球的直徑),OCh,BC長為L,小鉛球質量為m,當小鉛球平衡時電壓表示數(shù)為U,請推導出VU的關系式.(水對小鉛球的浮力忽略不計)

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科目:高中物理 來源:2012-2013學年上海市黃浦區(qū)敬業(yè)中學高二(上)期中物理試卷(解析版) 題型:解答題

用電學方法測水流對小球的作用力如圖所示,質量為m的小鉛球P系在金屬絲下,懸掛在O點,開始時小鉛球P沿豎直方向處于靜止狀態(tài).將小鉛球P放入水平流動的水中時,球向左擺起一定的角度?θ,水流速度越大,θ越大.為了測定水流對小球作用力的大小,在水平方向固定一根電阻絲BC,C端在O點正下方,且OC長為h,BC長為l,BC與金屬絲接觸良好,接觸點為D,不計接觸點D處的摩擦和金屬絲電阻,再取一只電源,其兩端電壓為U和一只電壓表,將這些器材連接成測量電路.

(1)為使水流作用力增大時,電壓表讀數(shù)增大,四位同學分別連接成了如圖所示的四個電路,其中連接正確的是______.
(2)若小球平衡時,CD長為x,求水流對小球作用力F的大��;
(3)若小球平衡時,電壓表讀數(shù)為u,請寫出用m、u、U、h和L表示的F的表達式.

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