图示是研究物体所受风力大小的原理图，CD是一段长40cm的光滑均匀电阻丝，阻值20欧，一质量和电阻均不计的足够长的细金属丝一端固定于O点，另一端悬挂重力为10N的小球P，无风时金属丝处

Question

图示是研究物体所受风力大小的原理图，CD是一段长40cm的光滑均匀电阻丝，阻值20欧，一质量和电阻均不计的足够长的细金属丝一端固定于O点，另一端悬挂重力为10N的小球P，无风时金属丝处于竖直位置，与C接触，OC=20cm；有风时金属丝向左偏转，（虚线所示，图中所有导电接触良好且摩擦不计）．电源电压U=4V

（1）当金属丝与竖直方向夹角为45度角时，水平风力大小为多少牛？此时电阻丝消耗的电功率多大？
（2）当风力不变，风向向下发生一定偏转时（偏转角度小于90度），电流表的示数将___．（填“变大”、“变小”或“不变”）
（3）试找出该电路设计中的缺陷？

Answer 1

（1）当细金属丝与竖直方向夹角为45°角时，对金属球受力分析如右图所示：
由平衡条件得：F=F₁sinθ，G=F₁cosθ，
即：F=Gtanθ=10N×1=10N；
OP右侧部分电阻丝的长度：
l_右=l_OC×tan45°=20cm×1=20cm，
OP左侧部分电阻丝的长度：
l_左=l_CD-l_右=40cm-20cm=20cm，
OP左侧部分电阻丝的电阻：
R_左=(l左)/(lCD)×R_CD=(20cm)/(40cm)×20Ω=10Ω，
此时电阻丝消耗的电功率：
P=(U2)/(R左)=((4V)2)/(10Ω)=1.6W；
（2）当风力大小不变，方向向下发生一定偏转时，
水平方向的分力变小，滑片右侧部分长度变短，左侧部分长度变长，接入电路中的电阻变大，
由I=(U)/(R)可知，电路中的电流变小，即电流表的示数变小；
（3）该电路设计中的缺陷：当风力过大时，会造成电源短路．
答：（1）当金属丝与竖直方向夹角为45度角时，水平风力大小为10N，此时电阻丝消耗的电功率为1.6W；
（2）变小；
（3）该电路设计中的缺陷：当风力过大时，会造成电源短路．