Question

（1）我國艦載飛機在“遼寧艦”上成功著艦后，某課外活動小組以艦載飛機利用阻攔索著艦的力學問題很感興趣。他們找來了木板、鋼球、鐵釘、橡皮條以及墨水，制作了如圖（1）圖所示的裝置，準備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進的距離與被阻攔前速率的關系。要達到實驗目的，需直接測量的物理量是鋼球由靜止釋放時的           和在橡皮條阻攔下前進的距離，還必須增加的一種實驗器材是         。忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力，重力加速度已知，根據          定律（定理），可得到鋼球被阻攔前的速率。

（2）某同學對有故障的電熱毯進行探究。題（2）圖1是電熱毯的電路示意圖，其中電熱線和導線通過金屬接線片連接。題（2）圖2為測試電路實物圖，A、B為測試表筆，電壓表內阻很大，可視為理想電表。

①請在答題卡虛線框內畫出與題（2）圖2對應的電路圖。

②斷開K₁，用上述測試電路在1和1′之間檢測得知電熱線無故障，然后測得電熱線的U—I曲線如題（2）圖3所示。已知電熱線材料的電阻率為2.8×10^-7Ω·m，電熱線的直徑為0.200mm。可求得此電熱線的電阻為   kΩ，總長度為      m。（結果均保留兩位有效數字）

③為了進一步檢查故障，該同學閉合開關K₁和K₂，用表筆A和B分別對題（2）圖1中所示的各點進行測試，部分測試結果如下表所示。由此測試結果可判斷出電路有斷路，位置在      之間（在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中選填一項）。

 

Answer 1

【答案】

（1）高度（距水平木板的高度） 刻度尺 機械能守恒（動能）

（2）①如圖所示 ②0.58（0.57到0.59均可） 65（64到66均可） ③和

【解析】（1）本題要研究的是鋼球在橡皮條阻攔下前進的距離s與鋼球被阻攔前的速率v之間的關系，其中距離s可以利用刻度尺直接測量鋼球被橡皮條攔阻后在木板上留下墨跡的長度得到。而速率v的測量方法可能有很多種，如利用打點計時器，但本題能夠提供的器材有限，在確定測量距離s需要使用刻度尺的情況下，我們也只能利用刻度尺測量得到。研究鋼球沿斜面下滑的過程，在忽略摩擦力和空氣阻力的條件下，鋼球將重力勢能轉化為動能，機械能守恒，或者只有重力做功，重力做的功等于鋼球增加的動能，即利用mgh=求出，所以需要直接測量的物理量還有靜止釋放時的高度。

①根據題圖可以看出，滑動變阻器采用分壓接法，電流表外接，電壓表與A、B兩個測試點之間并聯。

②根據U—I圖線和歐姆定律可得，電熱絲的電阻為R=（也可利用圖線的斜率求解）。根據電阻定律可得，，代入數據，得到L=65m。

③測試點3和間的測試結果說明，從測試點3通過電熱毯到之間有斷路；測試點1和的測試結果表明，電熱毯是通路；測試點1和3的測試結果表明，測試點1到3之間通路；測試點1和的測試結果表明，測試點和之間斷路；測試點和的測試結果表明，測試點、之間是通路。所以只有測試點和之間斷路。

【點評】（1）本題模擬艦載飛機的著艦過程，設計了一個教程上沒有的實驗方案，探究學生感興趣的實際問題。雖然實驗方案超出了教程實驗，但并沒有脫離教程，包括實驗所用器材，實驗原理都源于教材，是對教程實驗的拓展延伸，能夠很好地考查考生掌握知識并學以致用的能力和遷移知識解決實際問題的能力。

（2）利用電表判斷電路故障時，電流表有示數說明是通路（測試測試點1和時或1和3時或和時），無示數說明所在有斷路或者電壓表直接接入電路，電路電阻過大，流過電流表的電流電流太小（如測試測試點3和間時或和時）；電壓表測某部分電路兩端的電壓，若電壓表無示數，說明被測部分短路（測試測試點1和3時或和時）或電壓表兩接線柱與電源兩極之間某處斷路，若有電壓，說明電壓表兩接線柱與電源兩極之間通路.

【考點定位】（1）考查考生利用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理實際問題，包括簡單的設計性實驗的能力。

（2）考查歐姆定律、電阻定律和電路故障檢測等學科知識的同時，考查了考生利用學過的物理知識解決生活實際問題的能力。