Question

（1）某同學為探究“合力做功與物體動能改變的關系”，設計了如下實驗，他的操作步驟是：
①按圖（a）擺好實驗裝置，其中小車質量M=0.20kg，鉤碼總質量m=0.05kg．
②釋放小車，然后接通打點計時器的電源（電源頻率為f=50Hz），打出一條紙帶．
③他在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，如圖（b）所示．把打下的第一點記作0，然后依次取若干個計數點，相鄰計數點間還有4個點未畫出，用厘米刻度尺測得各計數點到0點距離分別為d₁=0.41m，d₂=0.055m，d₃=0.167m，d₄=0.256m，d₅=0.360m，d₆=0.480m…，他把鉤碼重力（當地重力加速度g=10m/s²）作為小車所受合力，算出打下0點到打下第5點合力做功．W=______J
（結果保留三位有效數字），用正確的公式E_k=______（用相關數據前字母列式）把打下第5點時小車動能作為小車動能的改變量，算得E_k=0.125J．
④此次實驗探究的結果，他沒能得到“合力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差很大．通過反思，他認為產生誤差的原因如下，其中正確的是______．
A．鉤碼質量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多
B．沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多
C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實值偏小
D．沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產生此誤差的重要原因
（2）硅光電池是一種可將光能轉化為電能的元件．某同學利用圖（甲）所示電路探究某硅光電池的路端電壓U與電流I的關系．圖中定值電阻R=2Ω，電壓表、電流表均可視為理想電表．
①用“筆畫線”代替導線，根據電路圖，將圖（乙）中的實物電路補充完整．
②實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，閉合電鍵S，調節可調電阻R的阻值，通過測量得到該電池的U-I曲線a（見圖丙）．則由圖象可知，當電流小于200mA時，該硅光電池的電動勢為______V，內阻為______Ω．
③實驗二：減小光照強度，重復實驗，通過測量得到該電池的U-I曲線b（見圖丙）．當可調電阻R的阻值調到某值時，若該電路的路端電壓為1.5V，由曲線b可知，此時電源的輸出功率約為______W．

Answer 1

【答案】分析：（1）將砝碼重力當作小車所受合外力，根據功的定義可以正確解答，根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個點的速度大小，進一步求出其動能大小；
實驗誤差主要來自兩個方面一是由實驗原理不完善導致的系統誤差，一是由數據測量如測量距離等導致的偶然誤差，可以從這兩個方面進行分析．
（2）①根據原理圖可以畫出實物圖，注意正負極不要連反了．
②電源的U-I圖象的斜率表示其內阻，根據斜率的變化可以知道內阻的變化情況，圖象與縱軸交點表示電動勢，與橫軸交點表示短路電流．
③由圖象b找到路端電壓為1.5V的電路電流，由歐姆定律及串聯電路特點求出可調電阻阻值，然后由P=I²R求出可調電阻消耗的電功率．
解答：解：（1）③根據題意物體所受合外力為：F=mg=0.05×9.8=0.49N，
根據功的定義可知：W=Fs=mgh=0.176J；
根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個點的速度大小為：
v=（其中T=）
動能公式為：E_k=mv2=
④A、設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：
對小車：F=Ma    ①
對鉤碼有：mg-F=ma   ②
F=，由此可知當M＞＞m時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，因此當鉤碼質量太大時，會造成較大誤差，故A正確；
B、實驗中要進行平衡摩擦力操作，若沒有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當做小車合外力做的功，會造成較大誤差，故B正確；
C、釋放小車和接通電源的順序有誤，影響打點多少，不一定會使動能的測量偏小，故C錯誤；
D、距離的測量產生的誤差不是該實驗產生的主要誤差，故D錯誤．
故選AB．
（2）：①分析圖甲所示實驗原理圖，根據原理圖連接實物電路圖，如圖所示．

②在硅光電池的U-I圖象，當I=0，U=E，圖線斜率的絕對值表示內阻．由圖線a可知E=2.90V，當電流小于200mA的情況下，此電池的內阻r=4.00Ω．
③由圖線b可知，在實驗二中當路端電壓為1.5V時，電路電流
I=60mA=0.06A，由歐姆定律可知，此時外電阻R_外==25Ω，可調電阻阻值R=R_外-R=25Ω-2Ω=23Ω，
可調電阻消耗的電功率P=I²R=（0.06A）²×23Ω=0.09W．
故答案為：（1）③0.180      ④AB 
（2）①實物連接圖如圖所示
②2.90，4.0
③0.09
點評：（1）明確實驗原理往往是解決實驗問題的關鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質量之間關系的實驗類似可以類比學習．
（2）本題主要考查了在實驗中如何利用圖線進行數據處理，在測電源電動勢和內阻的實驗中，明確電源U-I圖象和電阻U-I圖象的含義和區別．