Question

（1）現(xiàn)要測定一個額定電壓6V、額定功率3W的小燈泡的伏安特性曲線．要求所測電壓范圍為0V～5.5V．
現(xiàn)有器材：
直流電源E（電動勢6V，內(nèi)阻不計）；
電壓表（量程6V，內(nèi)阻約為4×10⁴Ω）；
電流表（量程300mA，內(nèi)阻約為2Ω）；
電流表（量程600mA，內(nèi)阻約為1Ω）；
滑動變阻器R（最大阻值約為30Ω）；
電子鍵S，導線若干．
①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電流表是

 

．
②如圖1已經(jīng)完成部分導線的連接，請你在實物接線圖中完成余下導線的連接．
（2）某同學用如圖2所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6V的頻率為50Hz交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．
①他進行了下面幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
其中沒有必要進行的步驟是

 

，操作不當?shù)牟襟E是

 

．
②他進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析．如圖3所示．其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當打點到B點時重錘的速度

 

m/s，計算出該對應的

1

2

v2=

 

 m²/s²，gh=

 

 m²/s²，可認為在誤差范圍內(nèi)存在關系式

 

，即可驗證機械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，應是圖4中的

 

．
④他進一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差．為此設計出用如圖5示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律．通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出AB之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑d．重力加速度為g．實驗前應調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．小鐵球通過光電門時的瞬時速度v=

 

．如果d、t、h、g存在關系式

 

，也可驗證機械能守恒定律．
⑤比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：

 

．

Answer 1

分析：（1）測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應采用外接法，分析電路圖，然后答題．
（2）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(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．根據(jù)重力做功和重力勢能的關系可以求出重力勢能的減小量；勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點的速度，進一步可以求出重錘動能的增加量；
該實驗利用小球經(jīng)過光電門的平均速度來代替瞬時速度，根據(jù)功能關系可知該實驗需要驗證的關系式為：mgh=

1

2

mv²，由此可以求出該實驗中需要驗證的關系式．

解答：解：（1）①如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電流表是
②測小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡電阻較小，電流表應采用外接法，如圖
（2）①B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當．
C：因為我們是比較mgh、

1

2

mv2的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
故答案為：C，B．
②勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
v_B=

xAC

tAC

=1.84m/s
對應的

1

2

v2=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可認為在誤差范圍內(nèi)存在關系式

1

2

v2=gh，即可驗證機械能守恒定律．
③他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，并以

v2

2

為縱軸、以h為橫軸畫出的圖象，
根據(jù)

1

2

v2=gh，所以應是圖4中的C．
④光電門測速度的原理是用平均速度代替瞬時速度，因此有：
v=

d

t

由于

1

2

v2=gh，所以

d2

2t2

=gh
⑤比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實驗誤差減小了． 
故答案為：（1）①    ②如圖    
（2）①C、B   
②1.84、1.69、1.74、

1

2

v2=gh
③C
④

d

t

，

d2

2t2

=gh
⑤沒有紙帶與打點計時器間的摩擦影響，提高了測量的精確程度，實驗誤差減小了．

點評：（1）知道滑動變阻器應采用分壓接法、電流表采用外接法，分析清楚電路結(jié)構(gòu)是正確解題的關鍵．
（2）解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作，同時加強應用物理規(guī)律處理實驗問題的能力．