Question

（2013?广州三模）（1）某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了如图甲所示的一套装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、小木块、细沙．当连上纸带，释放沙桶时，滑块处于静止．要完成该实验，你认为：
①还需要的实验器材有

天平、刻度尺

．
②实验时首先要做的步骤是

平衡摩擦力

，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的条件是

沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量

．
③在上述的基础上，某同学测得滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测得此时沙和沙桶的总质量m．接通电源，释放沙桶，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v₁与v₂（v₁＜v₂）．则对滑块，本实验最终要验证数学表达式为

mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

（用题中的字母表示）．
（2）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3V 1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：
A．直流电源3V（内阻可不计）
B．直流电表0～3A（内阻0.1Ω）
C．直流电表0～600mA（内阻约0.5Ω）
D．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ）
E．直流电压表0～15V（内阻约200kΩ）
F．滑线变阻器（10Ω，1A）
G．滑线变阻器（1kΩ，300mA）
①除开关、导线外，为完成实验，需要从上述器材中选用

ACDF

（用字母代号）
②某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图乙所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表的电流表已调零．闭合开关后发现电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可判断断路的电线是

d

；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线是

h

；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是

g

．
③下表中的各组数据该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在图丙所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线．
④若将该灯泡与一个10Ω的定值电阻串联，直接接在题中电源两端，则可以估算出该灯泡的实际功率为

1.8W

（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析：（1）①根据实验原理，得到需要验证的表达式，从而确定需要的器材；
②实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力，对滑块受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必须使重力的下滑分量等于摩擦力；同时重物加速下降，处于失重状态，故拉力小于重力，可以根据牛顿第二定律列式求出拉力表达式分析讨论；
③实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，求出合力的功和动能的增加量即可．
（2）①描绘小灯泡的伏安特性曲线实验要求电流或电压从零调，滑动变阻器应用分压式接法，电流表与电压表量程要根据小灯泡的铭牌来确定；
②要画出电路图，再通过电路图判断故障所在；
③要根据表格数据适当选取标度，认真描点，画出平滑的曲线；
④通过图象读出满足条件的坐标点，然后再求功率．

解答：解：（1）解：①实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，故还要天平和刻度尺；
②小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一段垫高；
沙和沙桶加速下滑，处于失重状态，其对细线的拉力小于重力，设拉力为T，根据牛顿第二定律，有
对沙和沙桶，有 mg-T=ma
对小车，有 T=Ma
解得
T=

M

M+m

mg
故当M＞＞m时，有T≈mg
③总功为：mgL
动能增加量为：

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
故需要验证：mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
（2）①根据小灯泡铭牌知额定电压为3V，额定电流I由I=

P

U

得出额定电流为0.5A，故电源应选A，电流表应选C，电压表应选D，又描绘小灯泡的伏安特性曲线实验要求电流从零调，故滑动变阻器应用分压式，应选阻值小的变阻器F．
②根据电路图电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后，发现电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则判断断路的导线为 d；若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为 h；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为g．
③根据表格中的数据作出该电珠的伏安特性曲线如图所示

④若将该灯泡与一个10Ω的定值电阻串联，直接接在题中电源两端，在I-U图象中再做出定值电阻的I-U图象，如图所示，由图象可读出当电流I=0.25A时，小灯泡两端电压为0.75V，定值电阻两端电压为2.5V（此时两电压之和接近电压电压），由P=UI得P=0.18W．
故答案为：（1）①天平、刻度尺；②平衡摩擦力，沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量；③mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

；
（2）①ACDF；②d，h，g；③如图；④00.18W．

点评：本题第一问关键是根据实验原理并结合牛顿第二定律和动能定理来确定要测量的量、实验的具体操作方法和实验误差的减小方法；第二问要明确滑动变阻器采用分压式接法时，应选阻值小的变阻器，这样变阻器的输出电压线性好，易调节．