Question

（1）为探究物体下落过程中机械能是否守恒，采用实验装置如图所示．已知重力加速度大小为g
①其设计方案如下：让质量为m的立方体小铁块从开始端自由下落，开始端至光电门的高度差为h，则此过程中小铁块重力势能的减少量为

 

；若测出小铁块通过光电门时的速度v，则此过程中小铁块动能增加量为

 

；比较这两个量之间的关系就可得出此过程中机械能是否守恒．
②．具体操作步骤如下：
A．用天平测定小铁块的质量m；
B．用游标卡尺测出立方体小铁块的边长d；
C．用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h；
D．电磁铁先通电（电源未画出），让小铁块吸在开始端；
E．断开电源，让小铁块自由下落；
F．计时装置记录小铁块经过光电门所用时间为t，计算出相应速度v；
G．改变光电门的位置，重复C、D、E、F等步骤，得到七组（h_i，

v

2 1

）数据；
H．将七组数据在v²-h坐标系中找到对应的坐标点，拟合得到如图所示直线．
上述操作中有一步骤可以省略，你认为是

 

（填步骤前的字母）；计算小铁块经过光电门的速度表达式v=

 

．
③．在误差允许范围内，若v²-h图线斜率k=

 

，则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒．
（2）发光二极管在生产和生活中得到了广泛应用．正常使用时，带“+”号的一端接高电势，带“-”号的一端接低电势．某同学通过实验描绘它的伏安特性曲线．
①实验室提供的器材如下：
A．电压表（3V，内阻约10kΩ）         B．电压表（15V，内阻约25kΩ）
C．电流表（50mA，内阻约50Ω）       D．电流表（0.6A，内阻约1Ω）
E．滑动变阻器（0-10Ω，3A）      F．电源（6V，内阻不计）      G．开关，导线
在做实验时，电压表选用

 

，电流表选用

 

（填选项字母）．
②请在图甲中以笔划线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整．

③根据实验数据描点，请在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的I-U图线．若该发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将该发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R=

 

Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态 （计算结果保留3位有效数字）．

Answer 1

分析：（1）中应明确探究物体下落过程中机械能是否守恒，即通过自由落体运动来探究，则重力势能减少量

△E

P

=mgh，动能增量为

△E

k

=

1

2

m

v

2

，可见若

△E

P

=

△E

k

即可．
（2）中发光二极管正向导通时的电阻很小，也不允许通过大电流，则不难知道电流表应用外接法，滑动变阻器应用分压式．

解答：解：（1）①根据重力势能的概念知

△E

P

=mgh；动能增加量为

△E

k

=

1

2

mv2
    ②由以上分析知，小球质量可以约去，故上述操作中可以省略A；小铁块经过光电门的速度表达式v=

d

t

  
    ③由机械能守恒定律可得mgh=

1

2

m

v

2

，即变形为

v

2

=2gh，可见若v²-h图线斜率k，则k=2g
（2）①．因电源电动势为6V，故电压表应选A；因发光二极管允许通过的电流不能很大，故电流表应选 C
      ②．因二极管正向电阻很小，故电流表应用外接法，又描绘它的伏安特性曲线，故滑动变阻器应用分压式接法，实物连线如图所示．

③根据实验数据描点，画出该发光二极管的I-U图线，如图所示

由欧姆定律，若该发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将该发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，则电阻值应为R=

E

I

=

3

10

×1000Ω=300Ω，而从I-U图象中可读出I=10mA时电压U=1.9V，可求出此时二极管电阻r=

1.9

10

×1000Ω=190Ω，可见 还需串联一个阻值R=300-190=110Ω的电阻．
故答案为（1）①mgh，

1

2

mv

2

，②A，

d

t

，③2g
         （2）①A、C，②如图，③如图，110Ω

点评：当涉及有关实验图象问题时，应先根据相应的物理规律写出表达式，再整理出关于纵轴与横轴的函数式，然后即可明确一次函数斜率和截距的物理意义．