Question

（2013?廣州三模）（1）某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)試圖以圖中的滑塊為對象驗證“動能定理”，他們在實(shí)驗室組裝了如圖甲所示的一套裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、小木塊、細(xì)沙．當(dāng)連上紙帶，釋放沙桶時，滑塊處于靜止．要完成該實(shí)驗，你認(rèn)為：
①還需要的實(shí)驗器材有

天平、刻度尺

．
②實(shí)驗時首先要做的步驟是

平衡摩擦力

，為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是

沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量

．
③在上述的基礎(chǔ)上，某同學(xué)測得滑塊的質(zhì)量M．往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，測得此時沙和沙桶的總質(zhì)量m．接通電源，釋放沙桶，在打點(diǎn)計時器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則對滑塊，本實(shí)驗最終要驗證數(shù)學(xué)表達(dá)式為

mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

（用題中的字母表示）．
（2）在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗中，要測量一個標(biāo)有“3V 1.5W”的燈泡兩端的電壓和通過它的電流，現(xiàn)有如下器材：
A．直流電源3V（內(nèi)阻可不計）
B．直流電表0～3A（內(nèi)阻0.1Ω）
C．直流電表0～600mA（內(nèi)阻約0.5Ω）
D．直流電壓表0～3V（內(nèi)阻約3kΩ）
E．直流電壓表0～15V（內(nèi)阻約200kΩ）
F．滑線變阻器（10Ω，1A）
G．滑線變阻器（1kΩ，300mA）
①除開關(guān)、導(dǎo)線外，為完成實(shí)驗，需要從上述器材中選用

ACDF

（用字母代號）
②某同學(xué)用導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h連接的電路如圖乙所示，電路中所有元器件都是完好的，且電壓表的電流表已調(diào)零．閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則可判斷斷路的電線是

d

；若電壓表示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線是

h

；若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線是

g

．
③下表中的各組數(shù)據(jù)該同學(xué)在實(shí)驗中測得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在圖丙所示的方格紙上作出該燈泡的伏安特性曲線．
④若將該燈泡與一個10Ω的定值電阻串聯(lián)，直接接在題中電源兩端，則可以估算出該燈泡的實(shí)際功率為

1.8W

（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)實(shí)驗原理，得到需要驗證的表達(dá)式，從而確定需要的器材；
②實(shí)驗要測量滑塊動能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的總質(zhì)量表示滑塊受到的拉力，對滑塊受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必須使重力的下滑分量等于摩擦力；同時重物加速下降，處于失重狀態(tài)，故拉力小于重力，可以根據(jù)牛頓第二定律列式求出拉力表達(dá)式分析討論；
③實(shí)驗要測量滑塊動能的增加量和合力做的功，求出合力的功和動能的增加量即可．
（2）①描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗要求電流或電壓從零調(diào)，滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法，電流表與電壓表量程要根據(jù)小燈泡的銘牌來確定；
②要畫出電路圖，再通過電路圖判斷故障所在；
③要根據(jù)表格數(shù)據(jù)適當(dāng)選取標(biāo)度，認(rèn)真描點(diǎn)，畫出平滑的曲線；
④通過圖象讀出滿足條件的坐標(biāo)點(diǎn)，然后再求功率．

解答：解：（1）解：①實(shí)驗要驗證動能增加量和總功是否相等，故需要求出總功和動能，故還要天平和刻度尺；
②小車下滑時受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一段墊高；
沙和沙桶加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細(xì)線的拉力小于重力，設(shè)拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律，有
對沙和沙桶，有 mg-T=ma
對小車，有 T=Ma
解得
T=

M

M+m

mg
故當(dāng)M＞＞m時，有T≈mg
③總功為：mgL
動能增加量為：

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
故需要驗證：mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
（2）①根據(jù)小燈泡銘牌知額定電壓為3V，額定電流I由I=

P

U

得出額定電流為0.5A，故電源應(yīng)選A，電流表應(yīng)選C，電壓表應(yīng)選D，又描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗要求電流從零調(diào)，故滑動變阻器應(yīng)用分壓式，應(yīng)選阻值小的變阻器F．
②根據(jù)電路圖電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零．閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則判斷斷路的導(dǎo)線為 d；若電壓表的示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線為 h；若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線為g．
③根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出該電珠的伏安特性曲線如圖所示

④若將該燈泡與一個10Ω的定值電阻串聯(lián)，直接接在題中電源兩端，在I-U圖象中再做出定值電阻的I-U圖象，如圖所示，由圖象可讀出當(dāng)電流I=0.25A時，小燈泡兩端電壓為0.75V，定值電阻兩端電壓為2.5V（此時兩電壓之和接近電壓電壓），由P=UI得P=0.18W．
故答案為：（1）①天平、刻度尺；②平衡摩擦力，沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量；③mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
（2）①ACDF；②d，h，g；③如圖；④00.18W．

點(diǎn)評：本題第一問關(guān)鍵是根據(jù)實(shí)驗原理并結(jié)合牛頓第二定律和動能定理來確定要測量的量、實(shí)驗的具體操作方法和實(shí)驗誤差的減小方法；第二問要明確滑動變阻器采用分壓式接法時，應(yīng)選阻值小的變阻器，這樣變阻器的輸出電壓線性好，易調(diào)節(jié)．