Question

（1）為探究物體下落過程中機械能是否守恒，采用實驗裝置如圖所示．已知重力加速度大小為g
①其設計方案如下：讓質量為m的立方體小鐵塊從開始端自由下落，開始端至光電門的高度差為h，則此過程中小鐵塊重力勢能的減少量為

 

；若測出小鐵塊通過光電門時的速度v，則此過程中小鐵塊動能增加量為

 

；比較這兩個量之間的關系就可得出此過程中機械能是否守恒．
②．具體操作步驟如下：
A．用天平測定小鐵塊的質量m；
B．用游標卡尺測出立方體小鐵塊的邊長d；
C．用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離h；
D．電磁鐵先通電（電源未畫出），讓小鐵塊吸在開始端；
E．斷開電源，讓小鐵塊自由下落；
F．計時裝置記錄小鐵塊經過光電門所用時間為t，計算出相應速度v；
G．改變光電門的位置，重復C、D、E、F等步驟，得到七組（h_i，

v

2 1

）數據；
H．將七組數據在v²-h坐標系中找到對應的坐標點，擬合得到如圖所示直線．
上述操作中有一步驟可以省略，你認為是

 

（填步驟前的字母）；計算小鐵塊經過光電門的速度表達式v=

 

．
③．在誤差允許范圍內，若v²-h圖線斜率k=

 

，則可判斷小鐵塊在下落過程中機械能守恒．
（2）發光二極管在生產和生活中得到了廣泛應用．正常使用時，帶“+”號的一端接高電勢，帶“-”號的一端接低電勢．某同學通過實驗描繪它的伏安特性曲線．
①實驗室提供的器材如下：
A．電壓表（3V，內阻約10kΩ）         B．電壓表（15V，內阻約25kΩ）
C．電流表（50mA，內阻約50Ω）       D．電流表（0.6A，內阻約1Ω）
E．滑動變阻器（0-10Ω，3A）      F．電源（6V，內阻不計）      G．開關，導線
在做實驗時，電壓表選用

 

，電流表選用

 

（填選項字母）．
②請在圖甲中以筆劃線代替導線，按實驗要求將實物圖中的連線補充完整．

③根據實驗數據描點，請在圖乙所示的坐標紙中畫出該發光二極管的I-U圖線．若該發光二極管的最佳工作電流為10mA，現將該發光二極管與電動勢為3V、內阻不計的電池組相連，還需串聯一個阻值R=

 

Ω的電阻，才能使它工作在最佳狀態 （計算結果保留3位有效數字）．

Answer 1

分析：（1）中應明確探究物體下落過程中機械能是否守恒，即通過自由落體運動來探究，則重力勢能減少量

△E

P

=mgh，動能增量為

△E

k

=

1

2

m

v

2

，可見若

△E

P

=

△E

k

即可．
（2）中發光二極管正向導通時的電阻很小，也不允許通過大電流，則不難知道電流表應用外接法，滑動變阻器應用分壓式．

解答：解：（1）①根據重力勢能的概念知

△E

P

=mgh；動能增加量為

△E

k

=

1

2

mv2
    ②由以上分析知，小球質量可以約去，故上述操作中可以省略A；小鐵塊經過光電門的速度表達式v=

d

t

  
    ③由機械能守恒定律可得mgh=

1

2

m

v

2

，即變形為

v

2

=2gh，可見若v²-h圖線斜率k，則k=2g
（2）①．因電源電動勢為6V，故電壓表應選A；因發光二極管允許通過的電流不能很大，故電流表應選 C
      ②．因二極管正向電阻很小，故電流表應用外接法，又描繪它的伏安特性曲線，故滑動變阻器應用分壓式接法，實物連線如圖所示．

③根據實驗數據描點，畫出該發光二極管的I-U圖線，如圖所示

由歐姆定律，若該發光二極管的最佳工作電流為10mA，現將該發光二極管與電動勢為3V、內阻不計的電池組相連，則電阻值應為R=

E

I

=

3

10

×1000Ω=300Ω，而從I-U圖象中可讀出I=10mA時電壓U=1.9V，可求出此時二極管電阻r=

1.9

10

×1000Ω=190Ω，可見 還需串聯一個阻值R=300-190=110Ω的電阻．
故答案為（1）①mgh，

1

2

mv

2

，②A，

d

t

，③2g
         （2）①A、C，②如圖，③如圖，110Ω

點評：當涉及有關實驗圖象問題時，應先根據相應的物理規律寫出表達式，再整理出關于縱軸與橫軸的函數式，然后即可明確一次函數斜率和截距的物理意義．