Question

（1）太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波（场）的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到3.8×10²⁶ W．根据爱因斯坦的质能方程估算，单纯地由于这种辐射，太阳每秒钟减少的物质质量约为

 

kg．（保留一位有效数字）
（2）下面三个高中物理教材中的力学实验：A．验证牛顿第二定律，B．探究功与物体速度变化的关系，C．验证机械能守恒定律，在这三个实验中（选填“A”、“B”、“C”）
①需要使用天平测量物体质量的是

 

②需要使用刻度尺测量长度的是

 

③需要求物体通过某点瞬时速度的是

 

（3）有一根细长而均匀的金属管线样品，横截面如图所示．此金属材料重约1～2N，长约为30cm，电阻约为10Ω．已知这种金属的电阻率为ρ，密度为ρ₀．因管内中空部分截面积形状不规则，无法直接测量，请设计一个实验方案，测量中空部分的截面积S₀，现有如下器材可选：
A．毫米刻度尺
B．螺旋测微器
C．电流表（600mA，1.0Ω）
D．电流表（3A，0.1Ω）
E．电压表（3V，6kΩ）
F．滑动变阻器（5Ω，3A）
G．蓄电池（6V，0.05Ω）
H．开关一个，带夹子的导线若干．

①除待测金属管线外，还应选用的器材有

 

（只填代号字母）
②在图中画出你所设计的实验电路图，并把所选仪器连成实际测量电路．
③实验中需要测量的物理量有：

 

．（标出对应字母）
④计算金属管线内部空间截面积S₀的表达式为S₀=

 

．

Answer 1

分析：（1）应用质能方程△E=△mc²求解太阳每秒钟减少的质量．
（2）根据对各实验原理、器材的掌握分析答题．
（3）本实验需要用伏安法测量电阻，同时要结合电阻定律求解导体的截面积，故可以先得到截面积的表达式，再结合欧姆定律得到待测量，从而进一步选择器材；
用伏安法测量电阻，要求尽可能测出多组有关数值，故滑动变阻器要采用分压式接法；由于金属原件长度较短，故电阻较小，故采用安培表外接法，画出电路图后进一步连接实物图即可；
根据欧姆定律和电阻定律公式可以得到要测量的物理量，并进一步推导出公式．

解答：解：（1）太阳释放的能量E=Pt，∵E=△mc²，
∴太阳每秒钟减少的质量△m=

Pt

c2

=

3.8×1026W×1s

(3×108m/s)2

≈4×10⁹kg．
（2）①需要使用天平测量物体质量的是：A．验证牛顿第二定律；
②需要使用刻度尺测量长度的是A．验证牛顿第二定律，B．探究功与物体速度变化的关系，C．验证机械能守恒定律；
③需要求物体通过某点瞬时速度的是：B．探究功与物体速度变化的关系，C．验证机械能守恒定律；
（3）①本实验需要用伏安法测量电阻，根据欧姆定律，有R=

U

I

；同时要结合电阻定律公式R=ρ

L

S

求解截面积；故要用电压表测量电压，电流表测量电流，刻度尺测量长度，螺旋测微器测量直径，当然，要组合成电路，还需要电源、电键、导线以及滑动变阻器；由于电阻通电电流大会升温，影响电阻率，故要小电流，故电流表选择较小量程，电压表也选择较小量程；需要的实验器材为：ABCEGH；
②电路及实际测量电路如图所示．

③④根据欧姆定律，有R=

U

I

；
根据电阻定律，有R=ρ

L

S

，故截面积为：S=

ρIL

U

；
故要用螺旋测微器测横截面边长a，用毫米刻度尺金属管线长度L，电压表示数U，电流表示数I，
故金属管线内部空间截面积S₀的表达式为：S₀=a²-

ρIL

U

．
故答案为：（1）4×10⁹；（2）①A； ②A、B、C； ③B、C；
（3）①ABCEFGH；②电路图如图所示；实物电路图如图所示；
③横截面边长a、管线长度l、电压表示数U、电流表示数I；④a²-

ρIL

U

．

点评：（1）知道△E=△mc²中△m是亏损质量，△E是释放的核能．
（2）理解各实验原理即可正确解题．
（3）本题考查了实验器材的选择、设计实验电路、实验测量、实验数据处理等问题，知道实验原理是正确解题的关键．