利用电学方法可以测量水流对小球的作用力的大小.图中质量为m的小铅球用一根金属丝系于O点.开始时水不流动,小球在竖直方向保持静止.若水开始流动,则小铅球将在水流的推动下向
问题描述:
利用电学方法可以测量水流对小球的作用力的大小.图中质量为m的小铅球用一根金属丝系于O点.开始时水不流动,小球在竖直方向保持静止.若水开始流动,则小铅球将在水流的推动下向左摆动一定的角度θ.水流的速度越大,θ也越大.为了测定水流对小铅球推力F的大小,在水平方向固定了一根长L的电阻丝BC,其C端在悬点O的正下方,OC相距h.BC与悬挂小铅球的金属丝接触点为D,接触良好,不计接触点的摩擦和金属丝的电阻.现有一个电动势为E、内电阻不计的电源和一只理想电压表,试将这些器材连接成测量F的电路,并要求水流的推力F越大时,电压表的示数也越大.
(1)接线图画在图上.(连接线必须接在图中各个小圆点上)
(2)设小球稳定后电压表的示数为U,试求水流对小铅球的推力F.
答
(1)如图所示;
(2)根据闭合电路欧姆定律,有
=E RBC
①U RDC
根据电阻定律,有
=RBC RDC
②L LDC
对小球受力分析,受水的推力F、细线的拉力T和重力G,如图
根据共点力平衡条件,有
F=mgtanθ ③
其中
tanθ=
④LCD h
由①②③④解得
F=
•UmgL hE
即水流对小铅球的推力F为
•U.mgL hE