Question

（1）某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①按图（a）摆好实验装置，其中小车质量M=0.20kg，钩码总质量m=0.05kg．
②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f=50Hz），打出一条纸带．
③他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图（b）所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d₁=0.41m，d₂=0.055m，d₃=0.167m，d₄=0.256m，d₅=0.360m，d₆=0.480m…，他把钩码重力（当地重力加速度g=10m/s²）作为小车所受合力，算出打下0点到打下第5点合力做功．W=

 

J
（结果保留三位有效数字），用正确的公式E_k=

 

（用相关数据前字母列式）把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得E_k=0.125J．
④此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是

 

．
A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小
D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因
（2）硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件．某同学利用图（甲）所示电路探究某硅光电池的路端电压U与电流I的关系．图中定值电阻R₀=2Ω，电压表、电流表均可视为理想电表．
①用“笔画线”代替导线，根据电路图，将图（乙）中的实物电路补充完整．
②实验一：用一定强度的光照射硅光电池，闭合电键S，调节可调电阻R的阻值，通过测量得到该电池的U-I曲线a（见图丙）．则由图象可知，当电流小于200mA时，该硅光电池的电动势为

 

V，内阻为

 

Ω．
③实验二：减小光照强度，重复实验，通过测量得到该电池的U-I曲线b（见图丙）．当可调电阻R的阻值调到某值时，若该电路的路端电压为1.5V，由曲线b可知，此时电源的输出功率约为

 

W．

Answer 1

分析：（1）将砝码重力当作小车所受合外力，根据功的定义可以正确解答，根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出第5个点的速度大小，进一步求出其动能大小；
实验误差主要来自两个方面一是由实验原理不完善导致的系统误差，一是由数据测量如测量距离等导致的偶然误差，可以从这两个方面进行分析．
（2）①根据原理图可以画出实物图，注意正负极不要连反了．
②电源的U-I图象的斜率表示其内阻，根据斜率的变化可以知道内阻的变化情况，图象与纵轴交点表示电动势，与横轴交点表示短路电流．
③由图象b找到路端电压为1.5V的电路电流，由欧姆定律及串联电路特点求出可调电阻阻值，然后由P=I²R求出可调电阻消耗的电功率．

解答：解：（1）③根据题意物体所受合外力为：F=mg=0.05×9.8=0.49N，
根据功的定义可知：W=Fs=mgh=0.176J；
根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出第5个点的速度大小为：
v=

d6-d4

2T

（其中T=

5

f

）
动能公式为：E_k=

1

2

mv2=

Mf2

200

(d6-d4)2
④A、设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：
对小车：F=Ma    ①
对钩码有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

，由此可知当M＞＞m时，钩码的重力等于绳子的拉力，因此当钩码质量太大时，会造成较大误差，故A正确；
B、实验中要进行平衡摩擦力操作，若没有平衡摩擦力直接将钩码重力做的功当做小车合外力做的功，会造成较大误差，故B正确；
C、释放小车和接通电源的顺序有误，影响打点多少，不一定会使动能的测量偏小，故C错误；
D、距离的测量产生的误差不是该实验产生的主要误差，故D错误．
故选AB．
（2）：①分析图甲所示实验原理图，根据原理图连接实物电路图，如图所示．

②在硅光电池的U-I图象，当I=0，U=E，图线斜率的绝对值表示内阻．由图线a可知E=2.90V，当电流小于200mA的情况下，此电池的内阻r=4.00Ω．
③由图线b可知，在实验二中当路端电压为1.5V时，电路电流
I=60mA=0.06A，由欧姆定律可知，此时外电阻R_外=

1.5V

0.06A

=25Ω，可调电阻阻值R=R_外-R₀=25Ω-2Ω=23Ω，
可调电阻消耗的电功率P=I²R=（0.06A）²×23Ω=0.09W．
故答案为：（1）③0.180    

Mf2

200

(d6-d4)2  ④AB 
（2）①实物连接图如图所示
②2.90，4.0
③0.09

点评：（1）明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习．
（2）本题主要考查了在实验中如何利用图线进行数据处理，在测电源电动势和内阻的实验中，明确电源U-I图象和电阻U-I图象的含义和区别．