Question

（Ⅰ）小明同學在學完力的合成與分解后，想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則．他從學校的實驗室里借來兩只彈簧測力計，按如下步驟進行實驗．
A．在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧彈力的大小和方向．
B．在一只彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下靜止時彈簧測力計的讀數F．
C．將一根大約30cm長的細線從杯帶中穿過，再將細線兩端拴在兩只彈簧測力計的掛鉤上．在靠近白紙處用手對稱地拉開細線，使兩只彈簧測力計的讀數相等，在白紙上記下細線的方向和彈簧測力計的讀數，如圖甲所示．
D．在白紙上按一定標度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示，如圖乙所示，根據力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力F′．

（1）在步驟C中，彈簧測力計的讀數為

3.00

N．
（2）在步驟D中，合力F′=

5.2

N．  
（3）若

F′近似在豎直方向，且數值與F近似相等

，就可以驗證力的平行四邊形定則．
（Ⅱ）發光晶體二極管是用電器上做指示燈用的一種電子元件．它的電路符號如圖（甲）所示，正常使用時，帶“+”號的一端接高電勢，“-”的一端接低電勢．某同學用實驗方法測得它的兩端的電壓U和通過它的電流I的關系數據如表所示．

U/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4	2.6	2.8	3.0
I/mA	0	0.9	2.3	4.3	6.8	12.0	19.0	24.0	30.0	37.0

①在圖（乙）中的虛線框內畫出該同學的實驗電路圖．（實驗用儀器：電壓表：內阻R_V約為10kΩ，電流表mA：內阻R_mA約為100Ω，直流電源，滑動變阻器，開關，導線若干．）
②在圖（丙）中的小方格紙上用描點法畫出二極管的伏安特性曲線．
③若發光二極管的最佳工作電壓為2.5V，而電源是由內阻不計、電動勢為3V的供電系統提供的．請根據所畫出的伏安特性曲線上的信息，分析應該串聯一個阻值

25

Ω電阻再與電源接成閉合電路，才能使二極管工作在最佳狀態．（結果保留二位有效數字）

Answer 1

分析：I、注意每小格代表的數值，然后進行讀數；以兩個分力為邊做出平行四邊形，其對角線長度代表合力的大小；水杯處于平衡狀態，因此兩個彈簧秤所測拉力的合力應該與重力等大反向．
II、①由表格數據可知，該實驗中電壓從零開始變化，故應采用滑動變阻器分壓接法；
②用表格中的數據可以描點，并用平滑的曲線將各點相連；
③由圖象可得出二極管的電流，由串聯電路的電壓規律可得出串聯電阻兩端的電壓，由歐姆定律可得出串聯的電阻．

解答：解：I、（1）彈簧測力計讀數，每1N被分成10格，則1格就等于0.1N，圖指針落在3N格處，所以讀數為3.00N．
故答案為：3.00．
（2）兩個分力為邊做出平行四邊形，如下圖所示：

根據力的圖示，可以測量出合力的大小大約為5.2N．
故答案為：5.2±0.2
（3）根據實驗原理可知，只要合力的大小與水杯重力大小相等，方向與重力方向相反，即可驗證力的平行四邊形定則．
（Ⅱ）：①同時測定二極管上的電流和電壓時，由歐姆定律分析表格中的每一組數據，可以看出發光二極管的電阻是變化的，變化的范圍大約在100Ω～500Ω之間．故電流表的內阻對測量影響較大，利用電流表外接法誤差小．而測量數據應從0開始，用滑動變阻器分壓式接法，才能得到足夠多的數據；
電路圖如圖所示：

②將表格提供的數據在方格紙上描點，可畫出U-I圖線如圖丙中的曲線所示．

③根據U-I圖線可知，當二極管的工作電壓為2.5V時，工作電流約為20mA，按串聯電路的特點知，串聯電阻上分到電壓應為0.5V，故得應串的電阻為：R=

U

I

=

0.5

2.0×10-3

=25Ω
故答案為：（Ⅰ）（1）3.00　　　（2）5.2±0.2；（3）F′近似在豎直方向，且數值與F近似相等  
Ⅱ（1）如上圖；（2）如上圖；（3）25Ω（22Ω～28Ω都對）

點評：對于非線性元件，要注意應用圖象求出其工作電壓和電流； 同時對于實驗題要注意電學規律的正確應用．