Question

（2013?廣州三模）（1）某探究學習小組的同學試圖以圖中的滑塊為對象驗證“動能定理”，他們在實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計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、小木塊、細沙．當連上紙帶，釋放沙桶時，滑塊處于靜止．要完成該實驗，你認為：
①還需要的實驗器材有

天平、刻度尺

．
②實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，沙和沙桶的總質量應滿足的條件是

沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量

．
③在上述的基礎上，某同學測得滑塊的質量M．往沙桶中裝入適量的細沙，測得此時沙和沙桶的總質量m．接通電源，釋放沙桶，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則對滑塊，本實驗最終要驗證數學表達式為

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”實驗中，要測量一個標有“3V 1.5W”的燈泡兩端的電壓和通過它的電流，現有如下器材：
A．直流電源3V（內阻可不計）
B．直流電表0～3A（內阻0.1Ω）
C．直流電表0～600mA（內阻約0.5Ω）
D．直流電壓表0～3V（內阻約3kΩ）
E．直流電壓表0～15V（內阻約200kΩ）
F．滑線變阻器（10Ω，1A）
G．滑線變阻器（1kΩ，300mA）
①除開關、導線外，為完成實驗，需要從上述器材中選用

ACDF

（用字母代號）
②某同學用導線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零．閉合開關后發現電壓表的示數為2V，電流表的示數為零，小燈泡不亮，則可判斷斷路的電線是

d

；若電壓表示數為零，電流表的示數為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導線是

h

；若反復調節滑動變阻器，小燈泡亮度發生變化，但電壓表、電流表示數不能調為零，則斷路的導線是

g

．
③下表中的各組數據該同學在實驗中測得的，根據表格中的數據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，直接接在題中電源兩端，則可以估算出該燈泡的實際功率為

1.8W

（結果保留兩位有效數字）

Answer 1

分析：（1）①根據實驗原理，得到需要驗證的表達式，從而確定需要的器材；
②實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，故拉力小于重力，可以根據牛頓第二定律列式求出拉力表達式分析討論；
③實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驗要求電流或電壓從零調，滑動變阻器應用分壓式接法，電流表與電壓表量程要根據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要根據表格數據適當選取標度，認真描點，畫出平滑的曲線；
④通過圖象讀出滿足條件的坐標點，然后再求功率．

解答：解：（1）解：①實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、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應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，其對細線的拉力小于重力，設拉力為T，根據牛頓第二定律，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，故電源應選A，電流表應選C，電壓表應選D，又描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗要求電流從零調，故滑動變阻器應用分壓式，應選阻值小的變阻器F．
②根據電路圖電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調零．閉合開關后，發現電壓表的示數為2V，電流表的示數為零，小燈泡不亮，則判斷斷路的導線為 d；若電壓表的示數為零，電流表的示數為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導線為 h；若反復調節滑動變阻器，小燈泡亮度發生變化，但電壓表、電流表的示數不能調為零，則斷路的導線為g．
③根據表格中的數據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，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，沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量；③mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
（2）①ACDF；②d，h，g；③如圖；④00.18W．

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