Question

I．某實驗小組利用如圖1所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恒．實驗前需要調整氣墊導軌底座使之水平，用游標卡尺測得遮光條的寬度為d，實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t．
（1）在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質量m、

 

和

 

（用文字說明并用相應的字母表示）．
（2）本實驗通過比較

 

和

 

在實驗誤差允許的范圍內相等（用測量的物理量符號表示），從而驗證了系統的機械能守恒．
II．某實驗小組探究一種熱敏元件的電阻隨溫度變化的特性．現有器材：直流恒流電源（在正常工作狀態下輸出的電流恒定并且可讀出其大小）、電壓表、特測元件、保溫容器、溫度計、開關和導線等．
（1）若用上述器材測量該元件的阻值隨溫度變化的特性，請你在答題紙對應圖2中用筆連線畫出實物連接圖．
（2）實驗的主要步驟：
a正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調節并記錄電源輸出的電流值；
b在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩定后，閉合開關，記錄

 

和

 

，斷開開關；
c重復第b步操作若干次，測得多組數據．
（3）實驗小組測得該元件在不同溫度下的阻值．并據此繪得上圖3的R-t關系圖線，請根據圖線寫出該元件的R-t關系式：R=

 

．
（4）由以上方法測得的電阻值比它的真實值偏

 

．
（5）如果實驗室提供的恒定電流源的輸出電流為65mA，但沒有合適的電壓表，應選用如下哪組器材測量熱敏元件上的電壓？

 

．（填序號）
A．電壓表V₁：量程3V、內阻3kΩ，定值電阻R₁=6kΩ
B．電壓表V₂：量程5V、內阻5kΩ，定值電阻R₂=10kΩ
C．電壓表V₃：量程10V、內阻10kΩ，定值電阻R₃=1kΩ

Answer 1

分析：I、驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恒，看鉤碼重力勢能的減小量與系統動能的增加量是否相等．根據該關系，確定還需測量的物理量．
II．該實驗需測出不同溫度下熱敏元件的電阻，電流已知，用電壓表測量熱敏元件兩側的電壓，從而得出電阻．根據R-t的關系圖線得出R與t的關系式．考慮到電壓表的內阻，實際測量的是電壓表內阻和熱敏元件的并聯電阻．根據恒定電流源的輸出電流得出熱敏元件在溫度較高時兩端的電壓，以及從減小誤差的角度分析，確定合適的器材．

解答：解：I、（1）需要測鉤碼重力勢能的減小量，所以需要測量滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，因為該距離即為鉤碼下降的距離．因為要測量系統動能的增加量，所以還需測量滑塊的質量M．
（2）因為驗證鉤碼和滑塊所組成的系統機械能守恒，所以看鉤碼重力勢能的減小量與系統動能的增加量是否相等，即看重力勢能的減小量mgs與系統動能的增加量

1

2

(M+m)(

d

△t

)2是否相等．
II．（1）直流恒流電源在正常工作狀態下輸出的電流恒定并且可讀出其大小，電壓表并聯在熱敏元件兩側，實物圖連接如下圖．
（2）該實驗需測出不同溫度下熱敏元件的電阻，所以需記錄電壓表的示數和溫度計的示數．
（3）根據R-t關系圖線，知R與t成線性關系，為R=100+1.6t．
（4）測量時認為電壓表的示數與輸出電流的比值等于電阻的測量值，該值等于電壓表與熱敏元件的并聯電阻，小于真實值．
（5）根據歐姆定律，熱敏元件在溫度較高時兩端電壓大約為15V，三個電壓表量程都不夠，從電表改裝考慮，電壓表V₂和定值電阻R₂共同分擔的電壓可達到15V左右．故B正確．
故答案為：I．（1）滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，滑塊的質量M．
（2）

1

2

(M+m)(

d

△t

)2、mgs           
II．（1）如圖
（2）電壓表示數，溫度計示數（3）100+1.6t（其中100±1，1.6±0.1均可）
（4）小  （5）B

點評：解決本題的關鍵搞清實驗的原理，通過原理確定測量的物理量．以及會分析實驗誤差，知道誤差的來源．