Question

I．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒，实验前已经调整气垫导轨底座使之水平．

（1）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=

 

cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.2×10^-2 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为

 

m/s．在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、

 

和

 

（文字说明并用相应的字母表示）．
（2）本实验通过比较

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．
Ⅱ．有一个额定电压为10V、额定功率在10～15W之间的热电阻R_L，为了测定它的额定功率，现有下面器材可供选用：
电源E：电动势为15V，内阻不计
电流表A：量程为0～3A，内阻约0.2Ω
电压表V：量程为0～3V、内阻为2kΩ
滑动变阻器R₁：最大阻值约15Ω，允许最大电流2A
滑动变阻器R₂：最大阻值约50Ω．允许最大电流1A
定值电阻R₀：阻值为6kΩ
另有开关S，导线若干
（1）在虚线框内画出测量电路图，使测量尽可能准确、方便，并使通过滑动变阻器的电流不超过允许最大电流 （原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注）．
（2）测定该用电器额定功率时，应使电压表指针指在什么位置？在图甲上标出．
（3）若电流表的指针如图乙所示，则这时电流I=

 

A，由此可求得该用电器额定功率P=

 

W．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）掌握游标卡尺的读数方法，即主尺读数加上游标读数，不需估读；
（2）本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；
（3）比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒．
Ⅱ（1）先求出用电器的电阻，滑动变阻器的电阻应与用电器电阻差不多，方便调节；
（2）算出用电器的额定电流，再选择电流表量程；
（3）我们发现电压表的量程不符合要求，要扩大量程，电压表串联一个定值电阻，扩大量程；因直流电流表的内阻不计，电流表内接，使耗电功率最小，采用分流式接法，画出电路图．
（4）根据用电器的额定电压和额定功率的大约值确定电流表的为0～3A，根据分度值读出示数，根据P=UI求出它的额定功率．

解答：解：Ⅰ（1）①游标卡尺主尺读数为0.4cm，游标尺上第8个刻度与主尺上某一刻度对齐，则游标读数为8×0.1=0.8mm=0.08cm，所以最终读数为：0.4cm+0.08cm=0.48cm；
②由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为：v=

d

t

=

0.48×10-2

1.2×10-2

m/s=0.40m/s
③根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒，故需要测量的物理量为：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M和滑块的质量m．
（2）钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs，系统动能的增量为：

1

2

(M+m)?

d

△t

．
Ⅱ（1）用电器的电阻R=

U2

P

，根据已知条件可知，R在6.7-10Ω，为方便条件，滑动变阻器选R₂（规格为0～15Ω 2A）；
（2）根据I=

P

U

得，用电器的额定电流约为

15

10

=1.5A，所以电流表选择0～3A的；
（3）我们发现电压表的量程不符合要求，要扩大量程，电压表串联一个定值电阻，扩大量程；电压表量程应扩大到15V，所以要串联一个r₂=6kΩ的定值电阻，因直流电流表的内阻不计，电流表内接，使耗电功率最小，采用限流式接法，电路图如图所示：

（4）根据图象读出电流为1.20A，所以该用电器额定功率P=UI=10×1.20W=12.0W；
故答案为：Ⅰ．（l） 0.48；0.40；滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s；滑块的质量M；（2）mgs．
Ⅱ．（1）如图  （2）如图  （3）1.20；12.0．

点评：物理实验如何变化，正确理解实验原理都是解答实验的关键，同时加强物理基本规律在实验中的应用．