Question

I．教师为每位同学准备了铁架台、铁夹、电键、复写纸、纸带、刻度尺、电磁打点计时器、密度不同的重物和导线若干．为了完成“验证机械能守恒定律”的实验，你还必须领
取______，正确安装实验装置后，在释放纸带之前，应把重物提高到______的地方．某同学选用不同的器材，在实验中分别得到了甲、乙两条打上点的纸带，第一个打点均为O，在甲纸带上任选6个连续的打点A、B、C、D、E、F，它们到O的距离分别为19.20cm、23.23cm、27.65cm、32.45cm、37.63cm、43.20cm；同样在乙纸带上任选6个连续的打点A′、B′、C′、D′、E′、F′，它们到O的距离分别为16.00cm、19.36cm、23.05cm、27.04cm、31.37cm、36.10cm．
根据甲纸带的数据可知，m=0.2kg的重物由B点运动到E点重力势能的减少量等于
______，动能的增加量等于______（当地的重力加速度取g=9.8m/s²）．分析这位同学的两组实验数据，指出哪组不符合实验要求，并说明原因．
II．现有如下所示的实验器材（示意图），要完成伏安法“测定干电池的电动势和内阻”实验

（1）请选用器材并在实物连线图上完成必需的导线连接．
（2）若测得的实验数据如下表，请用作图法求出干电池的电动势和内阻．

电压（U/V）	1.48	1.44	1.38	1.30	1.20	1.08
电流（I/A）	0.05	0.10	0.15	0.25	0.35	0.50

（3）若上图中所给的电流表已被损坏，用剩余器材能否测定干电池的电动势和内阻？如能的话，请选定器材并给出电路图．

Answer 1

【答案】分析：Ⅰ、使用电磁打点计时器时，必须提供低压交流电源才能工作．在释放纸带之前，应把重物提高到靠近打点计时器．读出B到E的距离，即等于重物下落的高度，即可求得重力势能的减少量．求出AC间的平均速度，代替B点的瞬时速度，求出DF间的平均速度，代替E点的瞬时速度，可求出重物经E点时的动能．再比较两者的大小．
Ⅱ、（1）设计出用伏安法测定干电池的电动势和内阻，再连接实物图．
（2）建立坐标系、描点、连线，得到U-I图象．根据图象的斜率与截距的物理意义求出干电池的电动势和内阻．
（3）若上图中所给的电流表已被损坏，可以采用电阻箱与电压表配合进行测量．
解答：解：I、（1）使用电磁打点计时器时，必须提供低压交流电源才能工作，故还必须领取低压交流电源．正确安装实验装置后，在释放纸带之前，应把重物提高到靠近打点计时器处，否则释放重物后，纸带开始一段空白，造成需要测量的点不够，纸带也浪费．  
B到E的距离即等于重物下落的高度h，由题得，h=37.63cm-23.23cm=14.14cm=0.1414m．重物由B点运动到E点重力势能的减少量为△E_P=mgh=0.2×9.8×0.1414J≈0.278J．
用AC间的平均速度代替B点的瞬时速度，则得 ，用DF间的平均速度代替E点的瞬时速度，得，v_E===2.69m/s，则得动能的增加量为△E_k=-，代入解得，△E_k=0.277J．
通过乙纸带的数据计算可知：其对应的重物在运动过程中，重力势能的减少量比动能的增加量大得多，不符合实验要求的阻力远小于重力的条件．出现这种情况的原因可能有：选择的重物密度太小；打点计时器的安装及实验过程中没有考虑去除阻力的影响．
II．
（1）设计出用伏安法测定干电池的电动势和内阻如右图，连接实物图如下图．

（2）作出U-I图象如图，由图象读出纵轴的截距U=1.52V，则电动势E=U=1.52V，斜率的大小等于内阻，则r==

  
（3）能．若上图中所给的电流表已被损坏，可以采用电阻箱与电压表配合进行测量，选择图中电池、电键、电压表和电阻箱等实验器材．电路图如右所示．
故答案为：
Ⅰ低压交流电源；靠近打点计时器；0.278J，0.277J．乙同学不符实验要求．
Ⅱ（1）连接实物如图．
（2）作出图象如图，干电池的电动势和内阻分别为1.52V和0.90Ω．
（3）能．选择图中电池、电键、电压表和电阻箱等实验器材．电路图如图所示．
点评：对于实验器材的选择、电路设计等都要依据实验原理进行分析，实验原理是核心．测量电源的电动势和内阻，经常采用的方法有伏安法、伏阻法和安阻法，本题考查了两种方法．