Question

（1）（6分）在“探究恒力做功與動能改變的關系”實驗中（裝置如圖甲）：

①下列說法哪一項是正確的         。（填選項前字母）

A．平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上

B．為減小系統誤差，應使鉤碼質量遠大于小車質量

C．實驗時，應使小車靠近打點計時器由靜止釋放

②圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計數點，已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，則打B點時小車的瞬時速度大小為    m/s（保留三位有效數字）。

（2）（12分）硅光電池在無光照射時不產生電能，可視為一電子元件。某實驗小組設計如圖甲電路，給硅光電池加反向電壓（硅光電池負極接高電勢點，正極接低電勢點），探究其在無光照時的反向伏安特性。圖中電壓表V₁量程選用3V，內阻為6.0 kΩ；電壓表V₂量程選用15V，內阻約為30 kΩ；R₀為保護電阻；直流電源電動勢約為12V，內阻不計。

①根據圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙連接成完整電路。

②用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關S，調節變阻器R，讀出電壓表V₁、V₂的示數U₁、U₂。

（i）某次測量時，電壓表V₁示數如圖丙，則U₁=   V，可算出通過硅光電池的反向電流大小為   mA（保留兩位小數）。

（ii）該小組測出大量數據，篩選出下表所示的9組U₁、U₂數據，算出相應的硅光電池兩端反向電壓U_x和通過的反向電流I_x（圖中“－”表示反向），并在坐標紙上建立I_x-U_x坐標系，標出了與表中前5組U_x、I_x數據對應的5個坐標點。請你標出余下的4個坐標點，并繪出I_x-U_x圖線。

（iii）由I_x-U_x圖線知，硅光電池無光照下加反向電壓時，I_x與U_x成     （填“線性”或“非線性”）關系。

 

Answer 1

【答案】

（1）①C    ②0.653

（2）①如圖1所示    ②（i）1.40  0.23 （ii）如圖2所示 （iii）非線性

【解析】（1）①在本實驗中進行平衡摩擦力操作時，是使小車重力沿木板方向的分量等于小車運動過程中小車受到的木板的摩擦力與紙帶與打點計時器之間的摩擦等阻力，因此不要掛鉤碼，故選項A錯誤；本實驗的目的是探究恒力做功與小車動能改變的關系，本實驗中，在平衡摩擦完成后，是用鉤碼的重力代替了細線的拉力即小車受到的合力，因此在鉤碼質量遠遠小于小車質量的情況下，實驗的系統誤差才較小，故選項B錯誤；本實驗是通過紙帶上留下的打點來計算小車的速度（動能），因此實驗時讓小車從靠近打點計時器處由靜止釋放，是為了盡可能多的紙帶能打上點，即紙帶上留下的打點盡可能多，以減小實驗偶然誤差，故選項C正確。

②實驗中使用的交變電流頻率為50Hz，因此打點計時器的打點周期為0.02s，根據題圖乙可知O、A、B、C四個計數點間各有5個打點間隔，即依次打四個計數點的時間間隔為t=0.1s，實驗中小車做勻加速直線運動，B點為小車通過AC段的中間時刻點，根據勻變速直線運動中間時刻速度公式和平均速度公式可知：v_B=，=，根據圖乙所示及圖中數據有：=－=18.59cm－5.53cm=13.06cm=0.1306m，聯立以上各式并代入數據，同時考慮題設要求保留三位有效數字，解得：v_B=0.653m/s。

（2）①根據題圖甲可知，滑線變阻器采用了分壓式接法，故左下端應引線接往電源負極，電壓表V₁與硅光電池串聯后與電壓表V₂并聯，再與R₀串聯后一起接到分壓電路中，因此應從滑線變阻器的一個上接線柱引線至硅光電池的負接線柱（題中已說明硅光電池反接），再從電壓表負接線柱引線至R₀右接線柱，如圖1所示。

②（i）由于電壓表V₁采用3V的量程，因此最小刻度為0.1V，根據圖丙所示，指針指在1.4V位置，再往后估讀一位0.00V，因此電壓表V₁的讀數為1.4V+0.00V=1.40V，根據部分電路歐姆定律可知，流過電壓表V₁的電流為I₁=，由于硅光電池與電壓表V₁是串聯關系，因此通過硅光電池的反向電流也為I₁，代入數據，并考慮題目要求保留兩位小數，解得I₁=2.30×10^－2A=0.23mA。

（ii）根據表中數據在坐標圖中定出另4個點，作出I_x-U_x關系圖線如圖2所示。

（iii）由右圖所畫I_x-U_x關系圖線為曲線可知I_x與U_x成非線性關系。

【考點定位】（1）考查了“探究恒力做功與動能變化的關系”實驗，屬于課本基本實驗。

（2）本題考查了“描繪硅光電池無光照時的反向伏安特性曲線”實驗，屬于課本“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的變形。