Question

（1）繞固定軸轉動的物體也有動能，稱為轉動動能，其表達式為，其中ω為物體轉動的角速度，I稱為轉動慣量．某人利用下面的實驗如圖1來測量一個均勻圓盤繞其
中心軸轉動的轉動慣量．用一根光滑的軸穿過待測圓盤中心，將圓盤懸掛起來，在其邊緣上用輕細線纏繞若干圈，線的一端固定在盤的邊緣，另一端連接一個物塊，讓物塊由靜止開始下落．已知下落過程中物塊做勻加速運動，當地的重力加速度為g．
①實驗中，除了用米尺和秒表分別測量物塊從靜止下落的高度h和對應的時間t外，還需要測定的物理量是______
A．物塊的質量m   B．圓盤的質量M    C．圓盤的半徑R     D．物塊下落h高度時的速度v
②用h、t和你在①中所選擇的物理量表達轉動慣量的表達式為I=______．
③由于物塊下落過程中存在摩擦，實際上上述實驗所測得的轉動慣量與真實值比較______
A．偏大         B．偏小          C．摩擦力不影響測量
（2）某實驗室提供的實驗器材如下：
A．一節干電池E（電動勢1.5V，內阻約0.5Ω）
B．一個電壓表V（量程0～1V，內阻約1KΩ）
C．一個電流表mA（量程0～4mA，內阻在60Ω～90Ω之間）
D．一個定值電阻R（電阻200Ω，允許通過的最大電流為0.5A）
E．一個滑動變阻器R（電阻0～10Ω，允許通過的最大電流為1A）
F．一個單刀單擲開關S，導線若干
為了擴大其中電流表mA的量程，需要先測量出電流表的內阻．為此，某同學根據提供的器材設計了一種利用伏安法進行測量的較為合理的電路，并在實驗中正確操作，測出了幾組數據，作出了電壓表的示數U和電流表的示數I的關系圖線，如圖2．
①請你根據提供的器材和該同學的測量數據在如圖3虛線框中畫出該同學設計的實驗電路圖（需要標注個元件的符號）
②該同學測出的mA表的內阻為______Ω（結果保留三位有效數字）

Answer 1

【答案】分析：（1）取物體與轉盤為系統，在系統機械能守恒情況下，運用機械能守恒定律，來得出轉盤的動能，從而根據題意可求出轉動慣量，所以必須知道物體的質量與圓盤的半徑；由于物塊下落過程中存在摩擦，則系統的機械能不守恒，因此根據轉動慣量可知，下落的加速度小于g，所以測量值大于真實值．
（2）要測量電流表的電阻，通過伏安法來測量，根據各自的量程，則電流表必須要與定值電阻串聯后，才能用電壓表測量電壓，同時由于畫出電壓與電流值的圖象，所以須使用滑動變阻器的分壓式，最后由-R，可求出電流表的電阻．
解答：解：（1）①取物體與轉盤為系統，在系統機械能守恒情況下，運用機械能守恒定律，來得出轉盤的動能，從而根據題意可求出轉動慣量，所以必須知道物體的質量與圓盤的半徑，
故選：AC；
②根據轉動動能表達式為，
而 
又v=ωR 
則綜合解得：；
③下落過程中，由于存在摩擦阻力，而計算時當作自由下落的，因此測量計算式中的加速度比實際值來偏大，所以導致測量值比實際值大．
故選：A
（2）①通過伏安法測量電流表的電阻，根據電流表與電壓表的量程，則其比值比電流表的估計電阻大，因此要進行實驗時必須用定值與電流表串聯，再將電壓表接入其兩端，同時由于通過作圖法，求出電流表電阻與定值電阻的之和，所以要求電壓與電流連續變化，且范圍較大，故滑動變阻器使用分壓式接入電路．電路如圖所示：
②由-R，可得：
Ω-200Ω=285.7Ω-200Ω=85.7Ω，
故答案為：85.7Ω
點評：本題考查運用機械能守恒定律來尋找下落過程中物體的動能、重力勢能與轉盤的動能關系，同時還體現了伏安法測電阻，由于測量電流表的電阻，所以沒有內接與外接的說法，但滑動變阻器要關注是限流還是分壓，最后注意E_K 與是不同的動能，前者是轉盤，后者是物體的．