Question

（1）在物理实验中体现了很多的物理研究方法，如理想实验法、控制变量法、极限思维法、图象法、类比法、科学假说法、微小量放大法与等效替代法等．请把合适的方法或正确的答案填在相应的空格内．

①在“利用打点计时器测速度”的实验中，运用

 

法，可以利用打点计时器打出的纸带测算出某点的瞬时速度：在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中，分别用一个力F或两个互成角度的F₁、F₂，把一个一端固定的橡皮筋拉伸到同一位置，则F就是F₁和F₂的合力，实验原理采用的是

 

法．在“探究平抛运动的规律”的实验中，如图1所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向抛出，同时B球松开，自由下落，A、B两球同时开始运动，观察到两球同时落地．运用

 

法，可以判定平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动．
②图象法是物理实验中一种重要的研究方法．在研究加速度与外力（质量m一定）的关系、验证机械能守恒定律、探究弹
力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中，某同学正确作出了三个实验的相关图象，如图2中A、B、C所示．根据坐标轴代表的物理量判断，A实验的图象“斜率”表示

 

；B实验图象的“斜率”表示

 

；C实验图象的“斜率”表示

 

．
（2）某一小型电风扇额定电压为4.0V，额定功率为2.4W．某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的伏安特性曲线．实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为4.5V）
B．电压表V（量程为0～5V，内阻约为4kΩ）
C．电流表A₁（量程为0～0.6A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表A₂（量程3A，内阻约0.05Ω）；
E．滑动变阻器R₁（最大阻值10Ω，额定电流1A）
F．滑动变阻器R₂（最大阻值2kΩ，额定电流100mA）
①为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用

 

，滑动变阻器应选用

 

．（填所选仪器前的字母序号）．
②请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在虚线内（小电风扇的电路符号如图3所示）．
③操作过程中发现，小电风扇通电后受阻力作用，电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．该小组测绘出的小电风扇的伏安特性曲线如图4所示，由此可以判定，小电风扇的电阻为

 

，正常工作时的发热功率为

 

，机械功率为

 

．

Answer 1

分析：（1）为研究某一时刻或某一位置时的速度，我们采用了取时间非常小，即让时间趋向无穷小时的平均速度作为瞬时速度，即采用了极限思维法；在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中，都将橡皮筋拉到同一个位置，运用了等效替代法；在“探究平抛运动的规律”的实验中，判断竖直方向上的运动是否是自由落体运动，运用了类比法．
根据所对应的物理规律推导出纵轴物理量和横轴物理量对应的关系式，从而确定斜率的含义．
（2）①选择器材需安全、精确，根据电风扇的额定电流确定电流表的量程，通过电风扇电阻的大约值，从测量的误差和可操作性角度选择滑动变阻器．
②测量伏安特性电流、电压需从零开始测起，滑动变阻器需采用分压式接法，根据电风扇内阻的大小确定电流表的内外接．
③电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．电能全部转化为内能，根据欧姆定律求出电风扇的电阻，正常工作时根据电流和内阻求出发热功率，根据输入功率，通过能量守恒求出机械功率．

解答：解：（1）①在“利用打点计时器测速度”的实验中，利用打点计时器打出的纸带测算出某点的瞬时速度，运用的是极限思维法；在“探究互成角度的两个力的合成”的实验中，
都将橡皮筋拉到同一个位置，运用了等效替代法；在“探究平抛运动的规律”的实验中，判断竖直方向上的运动是否是自由落体运动，运用了类比法．
②根据a=

F

m

，知A实验的图象“斜率”表示物体质量的倒数

1

m

；验证机械能守恒定律实验中，根据mgh=

1

2

mv2得，

v2

2

=gh，知B实验图象的“斜率”表示当地的重力加速度g；探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系三个实验中，根据F=kx，知C实验图线的“斜率”表示弹簧的劲度系数k．
（2）①电风扇的额定电流I=

P

U

=

2.4

4

A=0.6A，从读数误差的角度考虑，电流表选择C．电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为10Ω的误差较小，即选择E．
②因为电压电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻大约R=

U2

P

≈6.67Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法．电路图如图所示．
③电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．根据欧姆定律得，R=

U

I

=

0.5

0.2

Ω=2.5Ω．正常工作时电压为4V，根据图象知电流为0.6A，则电风扇发热功率P=I²R=0.36×2.5W=0.9W，则机械功率P′=UI-I²R=2.4-0.9=1.5W．
故答案为：（1）①极限思维，等效替代，类比  ②物体质量的倒数

1

m

，当地的重力加速度g，弹簧的劲度系数k．
（2）①C、E  ②如图所示  ③2.5Ω，0.9W，1.5W．

点评：解决本题的关键掌握器材选取的原则，即安全，精确．以及知道滑动变阻器分压式和限流式接法的区别，电流表内外接的区别．