题目内容
【题目】小明同学在初三物理创新实验大赛中设计了一个电子量角器、如图甲所示,把同种材料制成的粗细均匀的电阻丝AB弯成半圆形,O为圆心,OP为能够绕圆心O转动的金属滑片,P与AB接触良好。如图乙所示,A为电流表(量程为0 ~ 300mA、内阻不计),R0为保护电阻,理想电源电压U = 3V不变。备用滑动变阻器两个:R1(10Ω,1 A)、R2(50Ω,0.2A),选择合适的滑动变阻器连入M、N两接线柱,把电子量角器A、O两个接线柱分别与E、F相接,将电流表表盘重标数据后可以从电流表上直接读出OP的旋转角度。请完成以下内容:
(1)用导线连接M、N,将A、O分别与E、F相接,闭合开关。当P滑到A处时,电流表示数为250mA;当P滑到B处时,电流表示数为100mA。由此可知保护电阻R0 = _____Ω;
(2)小明希望将0°刻度线标在电流表“100mA”刻度处,那么他应该选择的滑动变阻器是_____(选填“R1”、“R2”或“R1或R2均可”)。按此要求接好电路并将滑动变阻器滑片调到要求位置,闭合开关。当被测量角度为100°时,电流表的示数应该为_____mA。
(3)小明为了使电流表示数I更方便地转换为所测角度θ,即∠AOP。他提炼出了一个“校准—测量—计算”的标准实验流程:
①校准:将滑动变阻器调到适当阻值后接入电路,闭合开关。将电子量角器的滑片P滑到A处,记下此时电流表的示数为I1;保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,将滑片P滑到B处,记下此时电流表的示数为I2;
②测量:拨动电子量角器的滑片P使∠AOP与被测角重合,记下此时电流表的示数为I3;
③利用测得物理量I1、I2、I3 根据表达式θ = _____计算结果。
【答案】12 R2 75
【解析】
(1)[1]用导线连接M、N,将A、O分别与E、F相接,闭合开关。当P滑到A处时,电阻丝EF接入电路中的阻值为零,电路中只有R0,电源电压为3V,电路中的电流为
根据欧姆定律可知
(2)[2][3]要使0°刻度线标在电流表“100mA”刻度处,此时电子量角器的电阻为零,只有滑动变阻器与定值电阻R0串联,由(1)知此时的总电阻
根据串联电路电阻的特点,可知此时滑动变阻器接入电路中的电阻为
滑动变阻器应选择R2。由(1)当P滑到B处时,电流表示数为100mA可知电阻丝的总阻值为。当被测量角度为100°时,电阻丝接入电路中的阻值为
电路中的电流为
(3)[4]将滑动变阻器调到适当阻值后接入电路,闭合开关。将电子量角器的滑片P滑到A处,记下此时电流表的示数为I1,由欧姆定律可得
保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,将滑片P滑到B处,记下此时电流表的示数为I2,根据串联电路电阻特点可得
拨动电子量角器的滑片P使∠AOP与被测角重合,记下此时电流表的示数为I3,同理得
联立可解得
θ的表达式为。
【题目】在“探究杠杆的平衡条件”实验中。
(1)在测量时,使杠杆在水平位置保持平衡,其目的是为了________________;
(2)若在杠杆两边挂上钩码后发现杠杆不平衡,则应该____________________;
(3)如表为某同学所设计的实验方案和实验记录:
实验序号 | 实验方案 | 动力(牛) | 动力臂(米) | 阻力(牛) | 阻力臂(米) |
1 | 挂等量的钩码,分别作为动力和阻力 | 2 | 0.05 | 2 | 0.05 |
2 | 挂不等量的钩码,分别作为动力和阻力 | 4 | 0.03 | 6 | 0.02 |
3 | 挂钩码、用弹簧测力计拉,分别作为动力和阻力 | 3 | 0.02 | 1.5 | 0.04 |
4 | 挂钩码、用弹簧测力计拉,分别作为动力和阻力 | 5.8 | 0.04 | 5 | 0.04 |
实验序号____的数据显然发生错误,若记录无误,则错误的原因可能是_____________;
(4)实验结束后,小明同学提出一个新的问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小明利用如图所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符,其原因是:__________。