Question

19．小華同學(xué)為探究水流對物體的沖擊力，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．

（1）Q在水下1m處，求所受液體壓強；
（2）當(dāng)水流速度增大時，電流表示數(shù)變�。ㄟx填“變大”、“變小”或“不變”）；
（3）電阻R_o的阻值為多少？
（4）如果滑塊穩(wěn)定后電流表讀數(shù)為0.5A時，物體所受到的沖擊力大小為多少？

Answer 1

分析 （1）知道Q所處的深度，根據(jù)p=ρgh求出受到水的壓強；
（2）由圖可知，R₀與變阻器串聯(lián)，電流表測電路中的電流，根據(jù)水流速度的變化可知變阻器接入電路中電阻的變化，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化；
（3）根據(jù)題意可知水流沖擊力為零時，電阻絲接入電路中的電阻為零，電路中的電流最大且等于電流表的最大示數(shù)，根據(jù)歐姆定律求出電阻R_o的阻值；
（4）根據(jù)歐姆定律求出電流表讀數(shù)為0.5A時電路中的總電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)求出變阻器接入電路中的電阻，再根據(jù)題意求出彈簧測力計的伸長量，根據(jù)圖乙得出F-x的關(guān)系，然后求出物體所受到的沖擊力．

解答 解：（1）Q在水下1m處所受液體壓強：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×9.8N/kg×1m=9800Pa；
（2）由圖可知，R₀與變阻器串聯(lián)，電流表測電路中的電流，
當(dāng)水流速度增大時，滑片右移，接入電路中的電阻變大，電路中的總電阻變大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的電流變小，即電流表的示數(shù)變�。�
（3）當(dāng)水流沖擊力為零時，電阻絲接入電路中的電阻為零，電路中的電流I=1A，
則R₀的阻值：
R₀=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{1A}$=3Ω；
（4）當(dāng)電流表讀數(shù)為0.5A時，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.5A}$=6Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電阻絲接入電路中的電阻：
R=R_總-R₀=6Ω-3Ω=3Ω，
因電阻絲粗細均勻，全長12cm，總電阻為9Ω，且其阻值與其接入電路的長度成正比，
所以，此時電阻絲接入電路中的長度：
x=$\frac{3Ω}{9Ω}$×12cm=4cm，
由圖乙可知，F(xiàn)與x成正比，可設(shè)為F=kx，當(dāng)F=24N時x=6cm，
則k=$\frac{F}{x}$=$\frac{24N}{6cm}$=4N/cm，即F=4N/cm×x，
所以，x=4cm時，物體所受到的沖擊力：
F=4N/cm×4cm=16N．
答：（1）Q在水下1m處所受液體壓強為9800Pa；
（2）變�。�
（3）電阻R_o的阻值為3Ω；
（4）如果滑塊穩(wěn)定后電流表讀數(shù)為0.5A時，物體所受到的沖擊力大小為16N．

點評 本題考查了液體壓強公式和串聯(lián)電路的特點、歐姆定律的應(yīng)用以及電路的動態(tài)分析，根據(jù)圖乙得出物體所受到的沖擊力和彈簧的伸長量是關(guān)鍵．