Question

I．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平．

（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d=

 

cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間△t=1.2×10^-2 s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為

 

m/s．在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、

 

和

 

（文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示）．
（2）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等（用測(cè)量的物理量符號(hào)表示），從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．
Ⅱ．有一個(gè)額定電壓為10V、額定功率在10～15W之間的熱電阻R_L，為了測(cè)定它的額定功率，現(xiàn)有下面器材可供選用：
電源E：電動(dòng)勢(shì)為15V，內(nèi)阻不計(jì)
電流表A：量程為0～3A，內(nèi)阻約0.2Ω
電壓表V：量程為0～3V、內(nèi)阻為2kΩ
滑動(dòng)變阻器R₁：最大阻值約15Ω，允許最大電流2A
滑動(dòng)變阻器R₂：最大阻值約50Ω．允許最大電流1A
定值電阻R₀：阻值為6kΩ
另有開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干
（1）在虛線框內(nèi)畫(huà)出測(cè)量電路圖，使測(cè)量盡可能準(zhǔn)確、方便，并使通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流不超過(guò)允許最大電流 （原理圖中的元件要用題中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）．
（2）測(cè)定該用電器額定功率時(shí)，應(yīng)使電壓表指針指在什么位置？在圖甲上標(biāo)出．
（3）若電流表的指針如圖乙所示，則這時(shí)電流I=

 

A，由此可求得該用電器額定功率P=

 

W．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；
（2）本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大小；
（3）比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒．
Ⅱ（1）先求出用電器的電阻，滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)與用電器電阻差不多，方便調(diào)節(jié)；
（2）算出用電器的額定電流，再選擇電流表量程；
（3）我們發(fā)現(xiàn)電壓表的量程不符合要求，要擴(kuò)大量程，電壓表串聯(lián)一個(gè)定值電阻，擴(kuò)大量程；因直流電流表的內(nèi)阻不計(jì)，電流表內(nèi)接，使耗電功率最小，采用分流式接法，畫(huà)出電路圖．
（4）根據(jù)用電器的額定電壓和額定功率的大約值確定電流表的為0～3A，根據(jù)分度值讀出示數(shù)，根據(jù)P=UI求出它的額定功率．

解答：解：Ⅰ（1）①游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.4cm，游標(biāo)尺上第8個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，則游標(biāo)讀數(shù)為8×0.1=0.8mm=0.08cm，所以最終讀數(shù)為：0.4cm+0.08cm=0.48cm；
②由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度，因此滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為：v=

d

t

=

0.48×10-2

1.2×10-2

m/s=0.40m/s
③根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)中需要比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒，故需要測(cè)量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s，滑塊的質(zhì)量M和滑塊的質(zhì)量m．
（2）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為mgs，系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：

1

2

(M+m)?

d

△t

．
Ⅱ（1）用電器的電阻R=

U2

P

，根據(jù)已知條件可知，R在6.7-10Ω，為方便條件，滑動(dòng)變阻器選R₂（規(guī)格為0～15Ω 2A）；
（2）根據(jù)I=

P

U

得，用電器的額定電流約為

15

10

=1.5A，所以電流表選擇0～3A的；
（3）我們發(fā)現(xiàn)電壓表的量程不符合要求，要擴(kuò)大量程，電壓表串聯(lián)一個(gè)定值電阻，擴(kuò)大量程；電壓表量程應(yīng)擴(kuò)大到15V，所以要串聯(lián)一個(gè)r₂=6kΩ的定值電阻，因直流電流表的內(nèi)阻不計(jì)，電流表內(nèi)接，使耗電功率最小，采用限流式接法，電路圖如圖所示：

（4）根據(jù)圖象讀出電流為1.20A，所以該用電器額定功率P=UI=10×1.20W=12.0W；
故答案為：Ⅰ．（l） 0.48；0.40；滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s；滑塊的質(zhì)量M；（2）mgs．
Ⅱ．（1）如圖  （2）如圖  （3）1.20；12.0．

點(diǎn)評(píng)：物理實(shí)驗(yàn)如何變化，正確理解實(shí)驗(yàn)原理都是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，同時(shí)加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．