Question

（1）有一個小燈泡上標有“4V，2W”的字樣，現在要用伏安法描繪這個燈泡的U-I圖線，有下列器材供選用：
A．電壓表（0～5V，內阻10kΩ）     B．電壓表（0～10V，內阻20kΩ）
C．電流表（0～0.3A，內阻1Ω）      D．電流表（0～0.6A，內阻0.4Ω）
E．滑動變阻器（5Ω，1A）           F．滑動變阻器（500Ω，0.2A）
①實驗中電壓表應選用

 

，電流表應選用

 

．為使實驗誤差盡量減小，要求電壓表從零開始變化且多取幾組數據，滑動變阻器應選用

 

（用序號字母表示）．
②請在方框內畫出滿足實驗要求的電路圖，并把圖中所示的實驗器材用實線連接成相應的實物電路圖．
③根據U-I圖象，當燈泡兩端所加電壓為3.2V時，電功率為

 

W
（2）在實驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采用如圖甲、乙所示的兩種裝置：
①若入射小球質量為m₁，半徑為r₁；被碰小球質量為m₂，半徑為r₂，則

 

A．m₁＞m₂，r₁＞r₂
B．m₁＞m₂，r₁＜r₂
C．m₁＞m₂，r₁=r₂
D．m₁＜m₂，r₁=r₂
②若采用圖乙所示裝置進行實驗，以下所提供的測量工具中必需的是

 

．
A．直尺　B．游標卡尺
C．天平　D．彈簧測力計　E．秒表
③設入射小球的質量為m₁，被碰小球的質量為m₂，則在用圖甲所示裝置進行實驗時（P為碰前入射小球落點的平均位置），所得“驗證動量守恒定律”的結論為

 

．（用裝置圖中的字母表示）
（3）在用如圖5所示的裝置做“探究動能定理”的實驗時，下列說法正確的是

 

A．通過改變橡皮筋的條數改變拉力做功的數值
B．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數值
C．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度
D．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度．

Answer 1

分析：（1）①根據燈泡額定電壓選擇電壓表，根據燈泡正常發光時的電流選擇電流表，在保證安全的前提下，為方便實驗操作，應選擇最大阻值較小的滑動變阻器．
②電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，根據燈泡電阻與電表內阻關系確定電流表接法，然后作出實驗電路圖，根據實驗電路圖連接實物電路圖．
③由圖象求出電壓所對應的電流，然后由P=UI求出燈泡的實際功率．
（2）為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變，故必須使入射小球的質量大于被碰小球的質量．小球發生正碰，碰撞時兩小球球心應在同一高度．
兩球做平拋運動，由于高度相等，則平拋的時間相等，水平位移與初速度成正比，把平拋的時間作為時間單位，小球的水平位移可替代平拋運動的初速度．將需要驗證的關系速度用水平位移替代．根據表達式確定需要測量的物理量．
（3）小車在水平的平面上被橡皮筋拉動做功，導致小車的動能發生變化．小車的速度由紙帶上打點來計算，從而能求出小車的動能變化．每次實驗時橡皮筋伸長的長度都要一致，則一根做功記為W，兩根則為2W，然后通過列表描點作圖探究出功與動能變化的關系．

解答：解：（1）①燈泡額定電壓是4V，則電壓表選A；燈泡額定電流I=

P

U

=

2W

4V

=0.5A，則電流表選D；為方便實驗操作，滑動變阻器應選E．
②燈泡正常發光時電阻R=

U

I

=

4

0.5

=8Ω，

R

RA

=

8Ω

0.4Ω

=20，

RV

R

=

10000Ω

8Ω

=1250，

RV

R

＞

R

RA

，則電流表采用外接法，
由表中實驗數據可知，電壓與電流從零開始變化，則滑動變阻器應采用分壓接法，電路圖如圖所示，根據電路圖連接實物電路圖，如圖所示；
③由圖3所示圖象可知，電壓U=3.2V對應的電流I=0.45A，燈泡實際功率P=UI=3.2V×0.45A=1.44W．
（2）①驗證碰撞過程的動量守恒，為防止兩個小球碰撞后入射球反彈，入射球的質量與大宇被碰球的質量；
要使兩球發生對心正碰，兩小球發生碰撞時，兩球的球心應在同一水平面上，則兩球半徑應相等；故選C．
②小球離開軌道后做平拋運動，它們在空中的運動時間相等，設為t，平拋運動的水平位移x=vt，
在時間t相等的情況下，小球的水平位移x與初速度v成正比，
由圖甲示可知，P為碰前入射小球落點的位置，M為碰后入射小球的位置，N為碰后被碰小球的位置，
則入射球碰前的水平位移為：OP，碰后的水平位移為OM，碰后被碰球的水平位移為O′N，
需要驗證的表達式為：m₁OP=m₁OM+m₂O′N．
（3）A．通過改變橡皮筋的條數改變拉力做功的數值，故A正確；
B、每次實驗時，橡皮筋的長度應保持不變，故B錯誤；
C、通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度，根據該最大速度求出小車獲得的動能，從而探究功與動能變化的關系，實驗過程中，不需要測小車的平均速度，故C正確，D錯誤．故選AC．
故答案為：（1）①A；D；E；②電路圖如圖所示；③1.44；（2）①C；②AC；③m₁OP=m₁OM+m₂O′N；（3）AC．

點評：（1）要掌握實驗器材的選取原則、確定滑動變阻器與電流表的接法是正確作出實驗電路圖的關鍵．
（2）要掌握實驗注意事項、知道小球離開水平軌道后做平拋運動，可以用小球的水平位移代替小球的初速度．
（3）本題關鍵之處：明確實驗原理，在原理的基礎上，理解橡皮筋相同之外，伸長也相同；同時要算出小車的最大速度．