Question

（2012?昌平区二模）（1）某实验小组利用拉力传感器和打点计时器探究“动能定理”，如图1示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在小车的后面连接纸带，通过打点计时器记录小车的运动情况，小车中可以放置砝码．请把下面的实验步骤补充完整．
实验主要步骤如下：
①测量

小车

、砝码和拉力传感器的总质量M，把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连，将纸带连接小车并通过打点计时器，正确连接所需电路．
②将小车停在C点，在释放小车

之前

（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点，记录细线拉力．
③在小车中增加砝码，或减少砝码，重复②的操作．
④处理数据．
实验结果发现小车动能的增加量△E_k总是明显小于拉力F做的功W，你认为其主要原因应该是上述实验步骤中缺少的步骤是

平衡摩擦力

．
（2）小明同学为测量某金属丝的电阻率，他截取了其中的一段，用米尺测出金属丝的长度L，用螺旋测微器测得其直径为D，用多用电表粗测其电阻约为R．
①该同学将米尺的0刻度线与金属丝的左端对齐，从图2甲）中读出金属丝的长度L=

190.0

mm．
②该同学用螺旋测微器测金属丝的直径，从图2乙）中读出金属丝的直径D=

0.680

mm．
③该同学选择多用电表“×10”档粗测金属丝的电阻，从图2丙）中读出金属丝的电阻R=

220

Ω．
④接着，该同学用伏安法尽可能精确地测出该金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率．实验室提供的器材有：
A．直流电源E（电动势4V，内阻不计）
B．电流表A₁（量程0～3mA，内阻约50Ω）
C．电流表A₂（量程0～15mA，内阻约30Ω）
D．电压表V₁（量程0～3V，内阻10kΩ）
E．电压表V₂（量程0～15V，内阻25kΩ）
F．滑动变阻器R₁（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A）
G．滑动变阻器R₂（阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）
H．待测电阻丝R_x，开关、导线若干
要求较准确地测出其阻值，电流表应选

C

，电压表应选

D

，滑动变阻器应选

F

．（用器材前的字母表示即可）
⑤用图3示的电路进行实验测得R_x，实验时，开关S₂应向

1

闭合（选填“1”或“2”）．
⑥请根据选定的电路图，在如图4示的实物上画出连线（部分线已画出）．

⑦（多选）在下列测定金属丝的电阻率的几个步骤中，错误的是

AF

．
A．先用米尺测出金属丝的长度，再将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直；
B．用螺旋测微器在不同位置测出金属丝的直径D各三次，求平均值

.

D

；
C．打开开关，将选好的实验器材按图3接成实验电路；
D．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表和电压表有合适的示数，读出并记下这组数据；
E．改变滑动变阻器的滑键位置，重复进行实验，测出6组数据，并记录在表格中；
F．分别计算出电流平均值（

.

I

）和电压的平均值（

.

U

），再求出电阻的平均值

.

R

=

. U

. I

；
G．根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率．
⑧设金属丝的长度为L（m），直径的平均值为

.

D

（m），电阻的平均值为

.

R

（Ω），则该金属丝电阻率的表达式为ρ=

πD2R

4L

．

Answer 1

分析：（1）探究动能定理实验中，应测出小车、砝码与拉力传感器的总质量；实验时先接通电源，再放开小车；合外力的功等于动能的变化，如果认为拉力的功就是合外力的功，实验前应平衡小车受到的摩擦力，如果不平衡摩擦力，小车受到的合力是拉力与摩擦力的合力，由于小车在运动过程中要克服摩擦力做功，小车的动能总小于拉力的功．
（2）①由图示刻度尺确定其分度值，读出其示数；
②螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器的示数；
③欧姆表指针示数与倍率的乘积是欧姆表示数；
④根据最大电流选择电流表，根据电源电动势选择电压表，为方便实验操作，在保证安全的前提下应选择最大阻值较小的滑动变阻器．
⑤根据待测电阻阻值与电表内阻的关系确定电流表的接法，然后选择开关位置．
⑥根据电路图连接实物电路图；
⑦根据实验注意事项分析答题；
⑧由电阻定律求出电阻率的表达式．

解答：解：（1）①测量小车、砝码和拉力传感器的总质量M，把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连，将纸带连接小车并通过打点计时器，正确连接所需电路．
②将小车停在C点，在释放小车之前接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点，记录细线拉力．
④实验结果发现小车动能的增加量△E_k总是明显小于拉力F做的功W，这是因为在在实验之前没有平衡摩擦力造成的．
（2）①由图甲所示刻度尺可知，其分度值为1mm，示数为19.00cm=190.0mm；
②由图乙所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5mm，可动刻度示数为18.0×0.01mm=0.180mm，螺旋测微器的示数为0.5mm+0.180mm=0.680mm；
③由图丙所示可知，电阻阻值为22×10Ω=220Ω；
④电路最大电流约为I=

E

R

=

4V

220Ω

≈0.018A=18mA，则电流表应选C．电流表A₂（量程0～15mA，内阻约30Ω）；电源电动势是4V，则电压表应选D．电压表V₁（量程0～3V，内阻10kΩ）；为方便实验操作，滑动变阻器应选F．滑动变阻器R₁（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A）．
⑤

R

RA

=

220Ω

30Ω

≈7.3，

RV

R

=

10000Ω

220Ω

≈45.45，

RV

R

＞

R

RA

，电流表应选择外接法，因此开关S₂应向1闭合；
⑥根据电路图连接实物电路图，如图所示；
⑦实验时应把金属丝固定在接线柱上，然后用刻度尺测量接入电路的电阻丝的长度，故A错误；
根据实验测出的电压值与对应的电流值应用欧姆定律求出电阻阻值，然后求出各电阻测量值的平均值作为电阻阻值，故F错误；
⑧电阻R=ρ

L

S

=ρ

L

π( D 2 )2

，则电阻率ρ=

πD2R

4L

．
故答案为：（1）①小车；②之前；④平衡摩擦力；（2）①190.0；②0.680；③220；④C；D；F；⑤1；⑥电路图如图所示；⑦AF；⑧

πD2R

4L

．

点评：（1）实验前要平衡摩擦力，知道实验原理与实验注意事项即可正确解题．
（2）螺旋测微器固定刻度与可动刻度所示之和是螺旋测微器的示数；本题考查了实验器材的选取，要掌握实验器材的选取原则．