Question

如圖5-4-18所示，是一種測定火車加速度的實驗裝置原理圖.質量為m的小球，用一柔軟細長金屬絲懸掛在O點，R₀為定值電阻.BD是水平放置的光滑電阻條.金屬絲與其始終保持良好接觸.火車靜止或勻速直線運動時，金屬絲處在OC位置，安培表的示數為I₀，伏特表的讀數為U₀；現金屬絲與豎直線的夾角為θ，此時安培表示數為I，伏特表的讀數為U；已知 =H，金屬絲電阻可忽略，電阻條單位長度的阻值為k，重力加速度為g.則：

圖5-4-18

(1)火車此時做什么運動______________

(2)試寫出火車加速度a 與I₀、I、U₀、U的關系式.

Answer 1

解析：(1)小球的合外力方向為水平向右即其加速度方向水平向右，火車的加速度與其相同，因此，火車可能向右加速或向左減速.

(2)金屬絲處于與OC時，由歐姆定律得U₀=I₀（KL_CD+R₀）

金屬絲處于OC成θ角時，有U=I₀［R₀+k(L_CD-Htanθ］

對小球用牛頓第二定律的，mgtanθ=ma

解以上三式得a=g(U₀I-UI₀)/kHI₀I.

答案：(1)向右加速或向左減速

(2)a=g(U₀I-UI₀)/kHI₀I