Question

利用電學(xué)方法可以測(cè)量水流對(duì)小球的作用力的大小．圖中質(zhì)量為m的小鉛球用一根金屬絲系于O點(diǎn)．開始時(shí)水不流動(dòng)，小球在豎直方向保持靜止．若水開始流動(dòng)，則小鉛球?qū)⒃谒�流的推�?dòng)下向左擺動(dòng)一定的角度θ．水流的速度越大，θ也越大．為了測(cè)定水流對(duì)小鉛球推力F的大小，在水平方向固定了一根長(zhǎng)L的電阻絲BC，其C端在懸點(diǎn)O的正下方，OC相距h．BC與懸掛小鉛球的金屬絲接觸點(diǎn)為D，接觸良好，不計(jì)接觸點(diǎn)的摩擦和金屬絲的電阻．現(xiàn)有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)電阻不計(jì)的電源和一只理想電壓表，試將這些器材連接成測(cè)量F的電路，并要求水流的推力F越大時(shí)，電壓表的示數(shù)也越大．
（1）接線圖畫在圖上．（連接線必須接在圖中各個(gè)小圓點(diǎn)上）
（2）設(shè)小球穩(wěn)定后電壓表的示數(shù)為U，試求水流對(duì)小鉛球的推力F．

Answer 1

（1）如圖所示；

（2）根據(jù)閉合電路歐姆定律，有

E

RBC

=

U

RDC

①
根據(jù)電阻定律，有

RBC

RDC

=

L

LDC

②
對(duì)小球受力分析，受水的推力F、細(xì)線的拉力T和重力G，如圖

根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件，有
F=mgtanθ ③
其中
tanθ=

LCD

h

④
由①②③④解得
F=

mgL

hE

?U
即水流對(duì)小鉛球的推力F為

mgL

hE

?U．