解题思路:(1)无风时,根据电压表的读数和欧姆定律求解金属杆接入电路的电阻R1,并求出单位长度的电阻值;(2)当电压表的示数变为U2=2.0V,由欧姆定律求出金属杆接入电路的电阻,得到弹簧的长度,根据胡克定律求出风力大小.(3)根据动量定理求解风速的大小.
设无风时金属杆接入电路的电阻为R1,由题意得
(1)无风时U1=[E
R+r+R1R1,即R1=
U1(R+r)
E−U1=0.5Ω
单位长度的电阻值为:
0.5/0.5Ω/m=1Ω/m
(2)设风吹时接入电路的电阻为R2,则
U2=
E
R2+R+rR2,即R2=
U2(R+r)
E−U2]=0.3Ω
弹簧长度为L=0.3m
压缩量为x=L0-L=(0.5-0.3)m=0.2m
由平衡条件得:此时风力为F=kx=260N.
(3)取风速原来的方向为正方向,由动量定理得-F△t=-ρSv△tv,
风速为:v=
F
ρS=20m/s
答:
(1)无风时金属杆接入电路的电阻R1为0.5Ω,单位长度的电阻值为1Ω/m;
(2)如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧,电压表的示数变为U2=2.0V,此时作用在迎风板上的风力是260N;
(3)若风(运动的空气)与迎风板作用后速度变为零,此时此处风速为20m/s.
点评:
本题考点: 闭合电路的欧姆定律;动量定理.
考点点评: 本题是力与电综合题,抓住它们之间联系的桥梁:弹簧的长度是关键.