Question

（1）現(xiàn)要測定一個額定電壓6V、額定功率3W的小燈泡的伏安特性曲線．要求所測電壓范圍為0V～5.5V．
現(xiàn)有器材：
直流電源E（電動勢6V，內阻不計）；
電壓表（量程6V，內阻約為4×10⁴Ω）；
電流表（量程300mA，內阻約為2Ω）；
電流表（量程600mA，內阻約為1Ω）；
滑動變阻器R（最大阻值約為30Ω）；
電子鍵S，導線若干．
①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電流表是

 

．
②如圖1已經(jīng)完成部分導線的連接，請你在實物接線圖中完成余下導線的連接．
（2）某同學用如圖2所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6V的頻率為50Hz交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．
①他進行了下面幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
其中沒有必要進行的步驟是

 

，操作不當?shù)牟襟E是

 

．
②他進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析．如圖3所示．其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當打點到B點時重錘的速度

 

m/s，計算出該對應的

1

2

v2=

 

 m²/s²，gh=

 

 m²/s²，可認為在誤差范圍內存在關系式

 

，即可驗證機械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，應是圖4中的

 

．
④他進一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差．為此設計出用如圖5示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律．通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出AB之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑d．重力加速度為g．實驗前應調整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．小鐵球通過光電門時的瞬時速度v=

 

．如果d、t、h、g存在關系式

 

，也可驗證機械能守恒定律．
⑤比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：

 

．

Answer 1

分析：（1）測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應采用外接法，分析電路圖，然后答題．
（2）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．根據(jù)重力做功和重力勢能的關系可以求出重力勢能的減小量；勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點的速度，進一步可以求出重錘動能的增加量；
該實驗利用小球經(jīng)過光電門的平均速度來代替瞬時速度，根據(jù)功能關系可知該實驗需要驗證的關系式為：mgh=

1

2

mv²，由此可以求出該實驗中需要驗證的關系式．

解答：解：（1）①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電流表是
②測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應采用外接法，如圖
（2）①B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當．
C：因為我們是比較mgh、

1

2

mv2的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
故答案為：C，B．
②勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
v_B=

xAC

tAC

=1.84m/s
對應的

1

2

v2=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可認為在誤差范圍內存在關系式

1

2

v2=gh，即可驗證機械能守恒定律．
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，
根據(jù)

1

2

v2=gh，所以應是圖4中的C．
④光電門測速度的原理是用平均速度代替瞬時速度，因此有：
v=

d

t

由于

1

2

v2=gh，所以

d2

2t2

=gh
⑤比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實驗誤差減小了． 
故答案為：（1）①    ②如圖    
（2）①C、B   
②1.84、1.69、1.74、

1

2

v2=gh
③C
④

d

t

，

d2

2t2

=gh
⑤沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實驗誤差減小了．

點評：（1）知道滑動變阻器應采用分壓接法、電流表采用外接法，分析清楚電路結構是正確解題的關鍵．
（2）解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作，同時加強應用物理規(guī)律處理實驗問題的能力．