Question

I．在驗證機械能守恒定律的實驗中，使質量為m=200g的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示．O為紙帶下落的起始點，A、B、C為紙帶上選取的三個連續點．已知打點計時器每隔T=0.02s打一個點，當地的重力加速度為g=9.8m/s²，那么

（1）計算B點瞬時速度時，甲同學用

v

2 B

=2gSOB，乙同學用vB=

SAC

2T

．其中所選擇方法正確的是

 

（填“甲”或“乙”）同學．
（2）同學丙想根據紙帶上的測量數據進一步計算重物和紙帶下落過程中所受的阻力，為此他計算出紙帶下落的加速度為

 

m/s²，從而計算出阻力f=

 

N．
（3）若同學丁不慎將上述紙帶從OA之間扯斷，他僅利用A點之后的紙帶能否實現驗證機械能守恒定律的目的？

 

．（填“能”或“不能”）
II．物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清．他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2Ω，然后根據公式計算出該燈泡的額定電壓U=

PR

=

2×0.75

V=1.22V．他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓．根據測量數據已繪出燈泡的U-I圖線，如圖所示．

A．電壓表V（量程3V，內阻約3kΩ）
B．電流表A₁（量程150mA，內阻約2Ω） 
C．電流表A₂（量程500mA，內阻約0.6Ω）
D．滑動變阻器R₁（0～20Ω）
E．滑動變阻器R₂（0～100Ω）
F．電源E（電動勢4.0V，內阻不計）
G．開關S和導線若干
H．待測燈泡L（額定功率0.75W，額定電壓未知）
（1）在下面所給定的實線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇

 

（填“A₁”或“A₂”）；滑動變阻器選擇

 

（填“R₁”或“R₂”）．
（2）從圖線上分析該燈泡的額定電壓應為

 

V；這一結果大于開始時的計算結果，原因是

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ題的關鍵是處理紙帶問題時應用

v

t 2

=

x

t

求瞬時速度，既可以用mgh=

1

2

m

v

2

來驗證機械能守恒，也可以用mgh=

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

來驗證．
Ⅱ題的關鍵是根據P=

I

2

R，估算出小燈泡的額定電流，從而選出電流表的量程，根據U-I圖象可知滑動變阻器應用分壓式接法，根據小燈泡電阻值遠小于電壓表內阻，可知電流表應用外接法．

解答：解：Ⅰ（1）、由于實驗過程中重物和紙帶會受到空氣和限位孔的阻力作用，導致測得的加速度小于當地的重力加速度，所以求速度時不能用

v

2 B

=2gSOB來求，只能根據

v

t 2

=

x

t

來求瞬時速度值，所以乙正確．
（2）、根據△x=a

t

2

，可求出a=

OC-OA

T 2

，代入數據解得a=9.5m/

s

2

，由mg-f=ma解得阻力f=0.06N．
（3）、根據mgh=

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

可知，可以利用A點之后的紙帶驗證機械能守恒，即能實現．
Ⅱ（1）、由P=

I

2

R可得，I=

P R

=0.61A，所以應選電流表

A

2

；由U-I圖象可知電流從零調，所以滑動變阻器應用分壓式接法，應選阻值小的變阻器

R

1

，又由于小燈泡電阻遠小于電壓表內阻，所以電流表應用外接法，電路圖如圖所示

（2）、根據U-I圖象讀出U=2.5V，I=300mA時，P=UI=0.75W，所以該燈泡額定電壓為U=2.5V（2.4～2.6均可），這一結果大于開始時的計算結果，說明燈泡的電阻隨溫度的升高而增大（或燈泡的冷態電阻小于正常工作是的電阻）．
故答案為Ⅰ（1）乙，（2）9.5，0.06，（3）能
Ⅱ（1）

A

2

，

R

1

，如圖所示 （2）2.5，燈泡的電阻隨溫度的升高而增大（或燈泡的冷態電阻小于正常工作是的電阻）

點評：明確實驗原理，熟記處理紙帶問題的思路和方法；熟記電流表內接法與外接法的選擇方法，以及滑動變阻器分壓式接法的條件即選擇原則．