Question

（1）現(xiàn)要測定一個(gè)額定電壓6V、額定功率3W的小燈泡的伏安特性曲線．要求所測電壓范圍為0V～5.5V．
現(xiàn)有器材：
直流電源E（電動(dòng)勢6V，內(nèi)阻不計(jì)）；
電壓表（量程6V，內(nèi)阻約為4×10⁴Ω）；
電流表（量程300mA，內(nèi)阻約為2Ω）；
電流表（量程600mA，內(nèi)阻約為1Ω）；
滑動(dòng)變阻器R（最大阻值約為30Ω）；
電子鍵S，導(dǎo)線若干．
①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應(yīng)該選用的電流表是

 

．
②如圖1已經(jīng)完成部分導(dǎo)線的連接，請你在實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接．
（2）某同學(xué)用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的頻率為50Hz交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
①他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能．
其中沒有必要進(jìn)行的步驟是

 

，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是

 

．
②他進(jìn)行正確測量后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析．如圖3所示．其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C、D、E、F為六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當(dāng)打點(diǎn)到B點(diǎn)時(shí)重錘的速度

 

m/s，計(jì)算出該對應(yīng)的

1

2

v2=

 

 m²/s²，gh=

 

 m²/s²，可認(rèn)為在誤差范圍內(nèi)存在關(guān)系式

 

，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，應(yīng)是圖4中的

 

．
④他進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)存在較大誤差．為此設(shè)計(jì)出用如圖5示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．通過電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時(shí)，通過與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）記錄擋光時(shí)間t，用毫米刻度尺測出AB之間的距離h，用游標(biāo)卡尺測得小鐵球的直徑d．重力加速度為g．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．小鐵球通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v=

 

．如果d、t、h、g存在關(guān)系式

 

，也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
⑤比較兩個(gè)方案，改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點(diǎn)是：

 

．

Answer 1

分析：（1）測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應(yīng)采用外接法，分析電路圖，然后答題．
（2）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．根據(jù)重力做功和重力勢能的關(guān)系可以求出重力勢能的減小量；勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點(diǎn)的速度，進(jìn)一步可以求出重錘動(dòng)能的增加量；
該實(shí)驗(yàn)利用小球經(jīng)過光電門的平均速度來代替瞬時(shí)速度，根據(jù)功能關(guān)系可知該實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的關(guān)系式為：mgh=

1

2

mv²，由此可以求出該實(shí)驗(yàn)中需要驗(yàn)證的關(guān)系式．

解答：解：（1）①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應(yīng)該選用的電流表是
②測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應(yīng)采用外接法，如圖
（2）①B：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤，操作不當(dāng)．
C：因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、

1

2

mv2的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
故答案為：C，B．
②勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點(diǎn)的速度大小為：
v_B=

xAC

tAC

=1.84m/s
對應(yīng)的

1

2

v2=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可認(rèn)為在誤差范圍內(nèi)存在關(guān)系式

1

2

v2=gh，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，
根據(jù)

1

2

v2=gh，所以應(yīng)是圖4中的C．
④光電門測速度的原理是用平均速度代替瞬時(shí)速度，因此有：
v=

d

t

由于

1

2

v2=gh，所以

d2

2t2

=gh
⑤比較兩個(gè)方案，改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點(diǎn)是：沒有紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實(shí)驗(yàn)誤差減小了． 
故答案為：（1）①    ②如圖    
（2）①C、B   
②1.84、1.69、1.74、

1

2

v2=gh
③C
④

d

t

，

d2

2t2

=gh
⑤沒有紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實(shí)驗(yàn)誤差減小了．

點(diǎn)評：（1）知道滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法、電流表采用外接法，分析清楚電路結(jié)構(gòu)是正確解題的關(guān)鍵．
（2）解答實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，了解具體操作，同時(shí)加強(qiáng)應(yīng)用物理規(guī)律處理實(shí)驗(yàn)問題的能力．