Question

（1）现要测定一个额定电压6V、额定功率3W的小灯泡的伏安特性曲线．要求所测电压范围为0V～5.5V．
现有器材：
直流电源E（电动势6V，内阻不计）；
电压表（量程6V，内阻约为4×10⁴Ω）；
电流表（量程300mA，内阻约为2Ω）；
电流表（量程600mA，内阻约为1Ω）；
滑动变阻器R（最大阻值约为30Ω）；
电子键S，导线若干．
①如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是

 

．
②如图1已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接．
（2）某同学用如图2所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的频率为50Hz交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
①他进行了下面几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的步骤是

 

，操作不当的步骤是

 

．
②他进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析．如图3所示．其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．根据以上数据，当打点到B点时重锤的速度

 

m/s，计算出该对应的

1

2

v2=

 

 m²/s²，gh=

 

 m²/s²，可认为在误差范围内存在关系式

 

，即可验证机械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
③他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以

v2

2

为纵轴、以h为横轴画出的图象，应是图4中的

 

．
④他进一步分析，发现本实验存在较大误差．为此设计出用如图5示的实验装置来验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出AB之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d．重力加速度为g．实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．小铁球通过光电门时的瞬时速度v=

 

．如果d、t、h、g存在关系式

 

，也可验证机械能守恒定律．
⑤比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：

 

．

Answer 1

分析：（1）测小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡电阻较小，电流表应采用外接法，分析电路图，然后答题．
（2）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，只有这样才能明确每步操作的具体含义．根据重力做功和重力势能的关系可以求出重力势能的减小量；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此求出B点的速度，进一步可以求出重锤动能的增加量；
该实验利用小球经过光电门的平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可知该实验需要验证的关系式为：mgh=

1

2

mv²，由此可以求出该实验中需要验证的关系式．

解答：解：（1）①如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是
②测小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡电阻较小，电流表应采用外接法，如图
（2）①B：将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误，操作不当．
C：因为我们是比较mgh、

1

2

mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要．
故答案为：C，B．
②匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小为：
v_B=

xAC

tAC

=1.84m/s
对应的

1

2

v2=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可认为在误差范围内存在关系式

1

2

v2=gh，即可验证机械能守恒定律．
③他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以

v2

2

为纵轴、以h为横轴画出的图象，
根据

1

2

v2=gh，所以应是图4中的C．
④光电门测速度的原理是用平均速度代替瞬时速度，因此有：
v=

d

t

由于

1

2

v2=gh，所以

d2

2t2

=gh
⑤比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：没有纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确程度，实验误差减小了． 
故答案为：（1）①    ②如图    
（2）①C、B   
②1.84、1.69、1.74、

1

2

v2=gh
③C
④

d

t

，

d2

2t2

=gh
⑤没有纸带与打点计时器间的摩擦影响，提高了测量的精确程度，实验误差减小了．

点评：（1）知道滑动变阻器应采用分压接法、电流表采用外接法，分析清楚电路结构是正确解题的关键．
（2）解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的，了解具体操作，同时加强应用物理规律处理实验问题的能力．