Question

（1）某同學安裝如圖甲的實驗裝置，驗證機械能守恒定律．如圖乙是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶，現要取A、B兩點來驗證實驗，已知電火花打點計時器每隔0.02S打一個點．

請回答下列問題：
①電火花打點計時器的工作電壓是

 

；
②根據紙帶可以判斷，實驗時紙帶的

 

端是和重物相連接（選填“左”或“右”）；
③若X2=4.80cm，則在紙帶上打下計數點B時的速度VB=

 

m/s（計算結果保留三位有效數字）；
④若X1數據也已測出，則實驗還需測出的物理量為

 

．
（2）用如圖1所示電路，測定一節干電池的電動勢和內阻．電池的內阻較小，為了防止在調節滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻Ro起保護作用．除電池、電流表（量程0～0.6A）、電壓表（量程0～3V）、開關和導線外，可供使用的實驗器材還有：
a．定值電阻（阻值2Ω；額定功率5W）；
b．定值電阻（阻值10Ω；額定功率10W）；
c．滑動變阻器（阻值范圍0～15Ω；額定電流2A）；
d．滑動變阻器（阻值范圍0～100Ω；額定電流1A）；
①為了準確地完成實驗，Ro應選擇

 

Ω的定值電阻，R應選擇阻值范圍是

 

Ω的滑動變阻器．
②圖2所示的U-I圖上是由實驗測得的7組數據標出的點，請你完成圖線，并由圖線求出E=

 

V，r=

 

Ω
③按照此電路進行實驗，電動勢的測量存在系統誤差，造成該實驗系統誤差的主要原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．
（2）干電池電動勢一般約為1.5V，以此判定電壓表量程；電流表量程、滑動變阻器與定值電阻選擇時應兼顧電路安全和偏轉范圍．

解答：解：（1）①電火花打點計時器的工作電壓是220V，
②從紙帶上可以發現從左到右，相鄰的計數點的距離越來越大，也就是說明速度越來越大．
與重物相連接的紙帶先打出點，速度較小，所以實驗時紙帶的左端通過夾子和重物相連接．
③利用勻變速直線運動的推論得：
v_B=

X2

2T

=

0.048

0.04

=1.20m/s
④要驗證機械能守恒定律，則要求出重力勢能的變化量，所以還要測出AB之間的距離；
（2）由于電源是一節干電池（1.5V），所選量程為3V的電壓表；估算電流時，考慮到干電池的內阻一般幾Ω左右，加上保護電阻，最大電流在0.5A左右，所以選量程為0.6A的電流表；由于電池內阻很小，所以保護電阻不宜太大，否則會使得電流表、電壓表取值范圍小，造成的誤差大，故選1Ω；滑動變阻器的最大阻值一般比電池內阻大幾倍就好了，取0～15Ω能很好地控制電路中的電流和電壓，若取0～100Ω會出現開始幾乎不變最后突然變化的現象．
（2）用光滑的直線連接描出的點，突然所示，則E=1.5V，r=

1.5-1.0

1.0

=0.5Ω
（3）關于系統誤差一般由測量工具和所造成測量方法造成的，一般具有傾向性，總是偏大或者偏�。�本實驗中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數總是比測量值小，造成E_測＜E_真，r_測＜r_真．
故答案為：（1）①220V   ②左     ③1.20     ④AB之間的距離或hAB
（2）①2；  0～15   ②圖線如圖所示；1.50（1.48～1.52）；   0.50（0.48～0.52）③電壓表的分流

點評：紙帶問題的處理是力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度．電子元件在選擇時應首先以元件安全為原則，然后兼顧儀表的示數波動范圍，保證測量的方便，表針波動范圍一般以示數能達到或者超過總量程的1/3為宜．