Question

I．某實驗小組利用如圖甲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，實驗前已經調整氣墊導軌底座使之水平．

（1）如圖乙所示，用游標卡尺測得遮光條的寬度d=

 

cm；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=1.2×10^-2 s，則滑塊經過光電門時的瞬時速度為

 

m/s．在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質量m、

 

和

 

（文字說明并用相應的字母表示）．
（2）本實驗通過比較

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2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．有一個額定電壓為10V、額定功率在10～15W之間的熱電阻R_L，為了測定它的額定功率，現有下面器材可供選用：
電源E：電動勢為15V，內阻不計
電流表A：量程為0～3A，內阻約0.2Ω
電壓表V：量程為0～3V、內阻為2kΩ
滑動變阻器R₁：最大阻值約15Ω，允許最大電流2A
滑動變阻器R₂：最大阻值約50Ω．允許最大電流1A
定值電阻R₀：阻值為6kΩ
另有開關S，導線若干
（1）在虛線框內畫出測量電路圖，使測量盡可能準確、方便，并使通過滑動變阻器的電流不超過允許最大電流 （原理圖中的元件要用題中相應的英文字母標注）．
（2）測定該用電器額定功率時，應使電壓表指針指在什么位置？在圖甲上標出．
（3）若電流表的指針如圖乙所示，則這時電流I=

 

A，由此可求得該用電器額定功率P=

 

W．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）掌握游標卡尺的讀數方法，即主尺讀數加上游標讀數，不需估讀；
（2）本實驗中由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度大小；
（3）比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機械能是否守恒．
Ⅱ（1）先求出用電器的電阻，滑動變阻器的電阻應與用電器電阻差不多，方便調節；
（2）算出用電器的額定電流，再選擇電流表量程；
（3）我們發現電壓表的量程不符合要求，要擴大量程，電壓表串聯一個定值電阻，擴大量程；因直流電流表的內阻不計，電流表內接，使耗電功率最小，采用分流式接法，畫出電路圖．
（4）根據用電器的額定電壓和額定功率的大約值確定電流表的為0～3A，根據分度值讀出示數，根據P=UI求出它的額定功率．

解答：解：Ⅰ（1）①游標卡尺主尺讀數為0.4cm，游標尺上第8個刻度與主尺上某一刻度對齊，則游標讀數為8×0.1=0.8mm=0.08cm，所以最終讀數為：0.4cm+0.08cm=0.48cm；
②由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度，因此滑塊經過光電門時的瞬時速度為：v=

d

t

=

0.48×10-2

1.2×10-2

m/s=0.40m/s
③根據實驗原理可知，該實驗中需要比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機械能是否守恒，故需要測量的物理量為：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和滑塊的質量m．
（2）鉤碼和滑塊所組成的系統為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統動能的增量為：

1

2

(M+m)?

d

△t

．
Ⅱ（1）用電器的電阻R=

U2

P

，根據已知條件可知，R在6.7-10Ω，為方便條件，滑動變阻器選R₂（規格為0～15Ω 2A）；
（2）根據I=

P

U

得，用電器的額定電流約為

15

10

=1.5A，所以電流表選擇0～3A的；
（3）我們發現電壓表的量程不符合要求，要擴大量程，電壓表串聯一個定值電阻，擴大量程；電壓表量程應擴大到15V，所以要串聯一個r₂=6kΩ的定值電阻，因直流電流表的內阻不計，電流表內接，使耗電功率最小，采用限流式接法，電路圖如圖所示：

（4）根據圖象讀出電流為1.20A，所以該用電器額定功率P=UI=10×1.20W=12.0W；
故答案為：Ⅰ．（l） 0.48；0.40；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）mgs．
Ⅱ．（1）如圖  （2）如圖  （3）1.20；12.0．

點評：物理實驗如何變化，正確理解實驗原理都是解答實驗的關鍵，同時加強物理基本規律在實驗中的應用．