题目内容

15．某研究所为了确定不同因素对钨丝白炽灯泡平均使用寿命的影响，做了如下三个实验．
①使灯泡内气体压强为0.1atm，将灯泡内不同直径（D）、相同长度的钨丝通电加热到2400K，测出维持这一温度所需的电流（I）以及灯丝的平均使用寿命（t）如表所示．
D（μm）I（A）t（h）
250.05800
500.201600
1000.803200
2505.008000
②在灯丝直径（D）为25μm的相同灯泡内加入不同质量的惰性气体，从而改变灯泡内部的压强，且使钨丝的温度保持在2400K．测出灯泡内压强从0.1atm增大到0.5atm时，其平均使用寿命从800h增大到6000h；超过0.5atm后，灯泡平均寿命递减．③在压强为0.1atm，钨丝直径（D）为250μm的灯泡内，改变流过钨丝的电流（I）来改变灯丝的温度，灯泡的平均使用寿命t（h）与灯丝温度T（K）及电流I（A）的关系如表所示．
T（K）I（A）t（h）
24005.008000
26006.61377
28007.4829.5
30008.383.4
根据上述实验回答下列问题：
（1）（单选）根据实验③的结果，在与实验3相同的实验条件下，可以预测钨丝工作温度在2300K时，其平均使用寿命最接近于D
（A）50h（B）500h（C）2400h（D）24000h
（2）（单选）在相同的温度下，下列四种灯泡中灯丝平均使用寿命最长的是D
（A）50μm粗细的灯丝并充有2.5atm的惰性气体
（B）100μm粗细的灯丝并充有0.5atm的惰性气体
（C）150μm粗细的灯丝并充有0.1atm的惰性气体
（D）150μm粗细的灯丝并充有0.5atm的惰性气体
（3）实验①中，若灯丝粗细为75μm，且灯丝的发热电阻为500Ω，要保证该灯泡的平均使用寿命为2400h，则加在该灯泡两端的电压不能超过225V．

分析 （1）由表格2分析使用时间与温度的关系，从而推测温度为2300K时的使用时间；
（2）综合三个实验结论可得出影响寿命的关键因素，从而确定使用时间最长的灯丝；
（3）由第一个表格分析电流与灯丝粗细关系，平均寿命与粗细关系，从而求出维持2400k时需要的电流大小，再由欧姆定律求解电压值．

解答 解：（1）由表格数据可知，当温度降低时，使用寿命变长，故可知，当温度降为2300K使用寿命一定大于8000h，因此只能为24000h，故选D；
（2）由表格可知，直径越粗使用寿命越长，相同条件下，压强在0.5atm时使用寿命最长，故使用时间最长的应为D；
（3）由表格数据分析可知：①电流与灯丝粗细关系：（$\frac{d}{25}$）2×0.05A；②平均使用寿命与灯丝粗细的关系：$\frac{d}{25}$×800h．
所以灯丝粗细为75μm时，则维持2400K恒温所需的电流为：（$\frac{75}{25}$）2×0.05A=0.45A，
根据欧姆定律有U=IR=0.45×500V=225V．
故答案为：（1）D；（2）D；（3）225．

点评 本题考查灯泡寿命的分析实验，要注意明确题意和正确利用数学规律分析归纳是解题的关键，所以本题实验考查的是学生分析问题的能力．

练习册系列答案
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5．一辆汽车从甲地出发，沿平直公路开到乙地刚好停止，其速度图象如图所示．那么0-t和t-3t两段时间内，下列选项正确的是（　　）
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C．平均速度的大小之比为1：2D．中间时刻速度的大小之比为1：2
6．（1）做研究平抛运动实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：ACE．
A．通过调节使斜槽的末端保持水平
B．每次释放小球的位置必须不同
C．每次必须由静止释放小球
D．用铅笔记录小球位置时，每次必须严格地等距离下降
E．小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相触
F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线
（2）如图所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为5cm，如果取g=10m/s2，那么：
①照相机的闪光频率是10Hz；
②小球运动中水平分速度的大小是1.5m/s；
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3．质量为m的物体从地面上方H高处无初速释放，落在地面后出现一个深度为h的坑，如图所示，在此过程中（　　）
A．重力对物体做功为mg（H+h）B．重力对物体做功为mgH
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10．某载人卫星绕地球做匀速圆周运动，一宇航员在这种环境中设计了如图所示的装置（图中O为光滑小孔）来间接测量物体的质量，给被测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动，设航天器中具有基本测量工具
（1）围绕地球做匀速圆周运动的卫星及里面的物体处于失重（填“平衡”或“超重”“失重”）状态．
（2）试验时需要测量的物理量是BCD
A．弹簧测力计的自重G
B．圆周运动的轨道半径r
C．弹簧测力计的读数F
D．小球做N周圆周运动共用的时间t
E．水平面的滑动摩擦因数
（3）被测物体质量的表达式为m=$\frac{F{t}^{2}}{4{π}^{2}{N}^{2}r}$（用第（2）问所选的物理量的符号）
20．如图所示，电梯质量为M，电梯地板上放置一个质量为m的物块，轻质钢索拉动电梯由静止开始竖直向上做匀加速直线运动，当上升高度为H时，速度达到v，不计空气阻力，重力加速度为g，在这个过程中（　　）
A．物块所受支持力与钢索拉力之比为m：M
B．地板对物块的支持力做的功等于$\frac{1}{2}$mv2+mgH
C．物块克服重力做功的平均功率等于$\frac{1}{2}$mgv
D．电梯及物块构成的系统机械能增加量等于$\frac{1}{2}$（M+m）v2
7．某同学设计出如图所示实验装置．将一质量为0.2 kg的小球（可视为质点）放置于水平弹射器内，压缩弹簧并锁定，此时小球恰好在弹射口，弹射口与水平面AB相切于A点，AB为粗糙水平面，小球与水平面间动摩擦因数μ=0.5，弹射器可沿水平方向左右移动为一段光滑圆弧轨道．（O′为圆心，半径R=0.5 m．O'C与O′B之间夹角为θ=37°，以C为原点，在C的右侧空间建立竖直平面内的坐标xOy，在该平面内有一水平放置开口向左且直径稍大于小球的接收器D，sin37°=0.6，cos37°=0.8．
（1）某次实验中该同学使弹射口距离B处L1 =1.6 m处固定，解开锁定释放小球，小球刚好到达C处，求弹射器释放的弹性势能；
（2）把小球放回弹射器原处并锁定，将弹射器水平向右移动至离B处L2=0.8 m处固定弹射器并解开锁定释放小球，小球将从C处射出，恰好水平进入接收器D，求D处坐标；
（3）每次小球放回弹射器原处并锁定，水平移动弹射器固定于不同位置释放小球，要求小球从C处飞出恰好水平进入接收器D，求D位置坐标y与x的函数关系式．
4．十六世纪末，伽利略创立了更能深刻地反映自然规律的理想实验方法，将可靠的事实和理论思维结合 起来，推翻了已在欧洲流行将近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元．
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