Question

（1）（6分）某實驗小組的同學準備在學校實驗室測本地重力加速度，同時驗證單擺的周期與擺球的質量無關．實驗室器材有：鐵架臺、長約1m的細線、刻度尺、天平、砝碼盒里質量不等的砝碼多個（每個不同質量砝碼的重心位置不同）、秒表．實驗小組的同學用砝碼代替單擺的擺球．
實驗步驟是：
A．選一個砝碼，記錄該砝碼的質量m，用細線系好砝碼，結點為P，細線的上端固定于鐵架臺鐵夾上的O點；
B． 用刻度尺測O、P之間細線的長度l，測出P點到砝碼幾何中心的距離d，設L=l+d；
C．將砝碼拉開一個大約30°的角度，然后由靜止釋放；
D．用秒表測出50次全振動的時間t，由T=得到周期T；
E．改變O、P之間的細線的長度，再測一次，記下相應的L和T；
F．求出兩次測得的L和T的平均值，作為代入公式g=（）²L計算使用的數據，求得本地重力加速度g；
G．選用不同的砝碼，記錄不同砝碼的質量m，測出使用不同砝碼時的周期T；看周期T是否由于m不同而不同．
你認為以上哪些步驟有錯，分別寫出步驟前的字母序號并加以改正？______．
（2）某同學為了描繪一個“6V，9W”的小燈泡的伏安特性曲線，并測出該小燈泡在額定電壓下的準確電阻值，到實驗室尋找到了一些儀器，規格及數量如下：
A．電流表一只（0～3A，內阻約為0.5Ω）
B．電壓表一只（0～3V，內阻R_V=3kΩ）
C．定值電阻R=4kΩ
D．滑動變阻器R₁（0～5Ω，額定電流為0.6A）
E．滑動變阻器R₂（0～10Ω，額定電流為3A）
F．9V直流電源一個
G．開關、導線若干，待測燈泡一個
這位同學利用現有器材，結合所學知識，順利完成了實驗．
①該同學在實驗中滑動變阻器應選用是______（填器材序號字母）；
②請在虛線框中畫出實驗電路圖．
③按照電路設計，測量小燈泡在額定電壓下的準確電阻值時，電壓表的示數為U，電流表的示數為I．小燈泡在額定電壓下的準確電阻值的表達式是______（物理量均用所給字母表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）在學校實驗室測本地重力加速度，同時驗證單擺的周期與擺球的質量無關．注意單擺的擺角不能太大，在5°之內，采用多次測量取平均值，通過每次測量的L和T，求出重力加速度，從而求g的平均值．在驗證單擺的周期與擺球質量是否有關時，應控制其它量不變．
（2）①兩個滑動變阻器的總阻值都不大，通過其額定電流的大小選擇合適的滑動變阻器．
②測量電源電流需從零測起，滑動變阻器采用分壓式接法，通過燈泡電阻的大小分析其是大電阻還是小電阻，從而確定電流表的內外接．注意電壓表的量程偏小，需串聯定值電阻改裝成大量程的電壓表．
③通過歐姆定律及串并聯電路的特點，求出通過燈泡的電流和燈泡兩端的電壓，從而再根據歐姆定律求出燈泡的電阻．
解答：解：（1）C錯誤，因為單擺擺動的角度在5°之內，單擺的運動可視為簡諧運動．錯在拉開的角度太大，拉開的角度應該不大于5°；
F錯誤，通過多次測量取平均值，求得是g的平均值，錯在不應該求L和T的平均值，應該分別將L和T代入公式，求出重力加速度g，求g的平均值；
G錯誤，判斷單擺的周期是否與質量有關，應該控制其它量不變．錯在沒有保證在相同條件下，應該保持L相同，測出使用不同砝碼時的周期T．
（2）①燈泡的額定電流I=，滑動變阻器采用分壓式接法，則通過滑動變阻器的電流會大于1.5A，滑動變阻器R₁的額定電流為0.6A，不安全，所以選用滑動變阻器R₂．故選E．
②電壓表的量程為3V，測量燈泡的電壓量程偏小，需串聯定值電阻改裝成大量程的電壓表，要測量燈泡的伏安特性，電壓電流需從零開始測起，所以滑動變阻器采用分壓式接法，燈泡在額定電壓下工作的電阻R=，屬于小電阻，電流表采取外接法．電路圖如右圖．
③電壓表的示數為U，則燈泡兩端的電壓，通過電壓表的電流，所以通過燈泡的電流．
根據歐姆定律得，．
故答案為：（1）C有錯，錯在拉開的角度太大，拉開的角度應該不大于5°；
F有錯，錯在不應該求L和T的平均值，應該分別將L和T代入公式，求出重力加速度g，求g的平均值；
G有錯，錯在沒有保證在相同條件下，應該保持L相同，測出使用不同砝碼時的周期T．
（2）①（1）E
②如圖
③．
點評：解決本題的關鍵掌握實驗的原理，知道實驗的注意事項及操作流程，掌握器材選擇的原則．