Question

I、伽利略在《兩種新科學(xué)的對話》一書中，討論了自由落體運(yùn)動和物體沿斜面運(yùn)動的問題，提出了這樣的猜想：物體沿斜面下滑是一種勻變速直線運(yùn)動，同時他還運(yùn)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了他的猜想．某校物理興趣小組的同學(xué)依據(jù)伽利略描述的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)，探究物體沿斜面下滑的運(yùn)動．
①實(shí)驗(yàn)時，讓滑塊從不同的高度由靜止沿斜面下滑，并同時打開裝置中的閥門，使水箱中的水流到量筒中，當(dāng)滑塊碰到擋板時同時關(guān)閉閥門（整個過程中水流可視為均勻穩(wěn)定的）．該實(shí)驗(yàn)方案是利用量筒中收集的水量來測量

時間

的．
②下表是該小組同學(xué)測得的有關(guān)數(shù)據(jù)，其中s為滑塊從斜面的不同高度由靜止釋放后沿斜面下滑的距離，V為相應(yīng)過程中量筒收集的水量．分析表中數(shù)據(jù)，根據(jù)

在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，

s

V2

是一常數(shù)

，可以得出滑塊沿斜面下滑的運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動．

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7
s/m	4.5	3.9	3.0	2.1	1.5	0.9	0.3
V/mL	90	84	72	62	52	40	23.5
s V2 /(m?mL-2)	5.6×10-4	5.5×10-4	5.8×10-4	5.5×10-4	5.6×10-4	5.6×10-4	5.4×10-4

③本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源有：距離測量的不準(zhǔn)確，水從水箱中流出不夠穩(wěn)定，還可能來源于：

斜面摩擦不均勻，水量測量不準(zhǔn)確，滑塊開始下滑和開始流水不同步，滑塊停止下滑和停止流水不同步等

（只要求寫出一種）．

II、從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計一電路來測量“金屬絲的電阻率”．要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能得到多組數(shù)據(jù)．
金屬絲（L）長度為L₀直徑為D
電流表（A₁）量程10mA內(nèi)阻r₁=40Ω
電流表（A₂）量程500μA內(nèi)阻r₂=750Ω
電壓表（V）量程10V內(nèi)阻10kΩ
電阻（R₁）阻值為100Ω起保護(hù)作用
滑動變阻器（R₂）總阻值約20Ω
電池（E）電動勢1.5V內(nèi)阻很小
開關(guān)（S）
導(dǎo)線若干
（1）在圖2 所示的方框中畫出電路圖，并標(biāo)明所用器材的代號．
（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組數(shù)據(jù)計算電阻率ρ，則所用的表達(dá)式ρ=

πD2(I2r2-I1r1)

4L0I1

，式中各符號的意義是

I₁為A₁的讀數(shù)，I₂為A₂的讀數(shù)，r₁為A₁的內(nèi)阻，r₂為A₂的內(nèi)阻，L₀為金屬絲的長度，D為金屬絲的直徑

．

Answer 1

分析：（1）關(guān)于初速度為零的勻變速運(yùn)動，位移與時間的二次方成正比，由于水是均勻穩(wěn)定的流出，水的體積和時間成正比，所以該實(shí)驗(yàn)只要驗(yàn)證位移與體積的二次方是否成正比，就可驗(yàn)證該運(yùn)動是否勻變速直線運(yùn)動．
（2）①由于沒有提供電壓表，因此需要將小量程的電流表改裝為電壓表，由于金屬絲電阻很大，而且要求多測數(shù)據(jù)，因此滑動變阻器采用分壓接法；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，測量出金屬絲的電阻，根據(jù)電阻定律便可求出待測金屬電阻率大小．

解答：解：（1）①關(guān)于初速度為零的勻變速運(yùn)動，位移與時間的二次方成正比，由于水是均勻穩(wěn)定的流出，水的體積和時間成正比，所以量筒中收集的水量可以間接的測量時間．
    ②驗(yàn)證該運(yùn)動是否勻變速直線運(yùn)動，關(guān)鍵看位移與時間的二次方是否成正比，即看位移與體積的二次方是否成正比．所以根據(jù)

s

v2

在誤差的范圍內(nèi)是一常數(shù)，可以得出滑塊沿斜面下滑是做勻變速直線運(yùn)動的結(jié)論．
    ③本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源有：水從水箱中流出不夠穩(wěn)定，還可能來源于距離測量的不準(zhǔn)確，滑塊開始下滑和開始流水不同步．
（2）①將A₂與R₁并聯(lián)，改裝為電壓表，具體電路如圖所示：
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，讀出A₁、A₂的示數(shù)分別為I₁、I₂，則有：
電阻絲兩端的電壓為：U=I₂（R₁+r₂）-r₁I₁    ①
根據(jù)電阻定律有：R=

ρL

S

    ②
金屬絲的橫截面積為：S=

πD2

4

    ③
聯(lián)立①②③解得：ρ=

πD2(I2r2-I1r1)

4L0I1

I₁為A₁的讀數(shù)，I₂為A₂的讀數(shù)，r₁為A₁的內(nèi)阻，r₂為A₂的內(nèi)阻，L₀為金屬絲的長度，D為金屬絲的直徑  
故答案為：（1）①時間；②在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，

s

V2

是一常數(shù)；③斜面摩擦不均勻，水量測量不準(zhǔn)確，滑塊開始下滑和開始流水不同步，滑塊停止下滑和停止流水不同步等（其他答案合理的也給分）
（1）如圖所示
（2）

πD2(I2r2-I1r1)

4L0I1

；I₁為A₁的讀數(shù)，I₂為A₂的讀數(shù)，r₁為A₁的內(nèi)阻，r₂為A₂的內(nèi)阻，L₀為金屬絲的長度，D為金屬絲的直徑

點(diǎn)評：解決該問題的關(guān)鍵把時間轉(zhuǎn)化為水量，因?yàn)榱魅肓客菜�的量與時間成正比．