Question

（1）（6分）某实验小组的同学准备在学校实验室测本地重力加速度，同时验证单摆的周期与摆球的质量无关．实验室器材有：铁架台、长约1m的细线、刻度尺、天平、砝码盒里质量不等的砝码多个（每个不同质量砝码的重心位置不同）、秒表．实验小组的同学用砝码代替单摆的摆球．
实验步骤是：
A．选一个砝码，记录该砝码的质量m，用细线系好砝码，结点为P，细线的上端固定于铁架台铁夹上的O点；
B． 用刻度尺测O、P之间细线的长度l，测出P点到砝码几何中心的距离d，设L=l+d；
C．将砝码拉开一个大约30°的角度，然后由静止释放；
D．用秒表测出50次全振动的时间t，由T=得到周期T；
E．改变O、P之间的细线的长度，再测一次，记下相应的L和T；
F．求出两次测得的L和T的平均值，作为代入公式g=（）²L计算使用的数据，求得本地重力加速度g；
G．选用不同的砝码，记录不同砝码的质量m，测出使用不同砝码时的周期T；看周期T是否由于m不同而不同．
你认为以上哪些步骤有错，分别写出步骤前的字母序号并加以改正？______．
（2）某同学为了描绘一个“6V，9W”的小灯泡的伏安特性曲线，并测出该小灯泡在额定电压下的准确电阻值，到实验室寻找到了一些仪器，规格及数量如下：
A．电流表一只（0～3A，内阻约为0.5Ω）
B．电压表一只（0～3V，内阻R_V=3kΩ）
C．定值电阻R=4kΩ
D．滑动变阻器R₁（0～5Ω，额定电流为0.6A）
E．滑动变阻器R₂（0～10Ω，额定电流为3A）
F．9V直流电源一个
G．开关、导线若干，待测灯泡一个
这位同学利用现有器材，结合所学知识，顺利完成了实验．
①该同学在实验中滑动变阻器应选用是______（填器材序号字母）；
②请在虚线框中画出实验电路图．
③按照电路设计，测量小灯泡在额定电压下的准确电阻值时，电压表的示数为U，电流表的示数为I．小灯泡在额定电压下的准确电阻值的表达式是______（物理量均用所给字母表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）在学校实验室测本地重力加速度，同时验证单摆的周期与摆球的质量无关．注意单摆的摆角不能太大，在5°之内，采用多次测量取平均值，通过每次测量的L和T，求出重力加速度，从而求g的平均值．在验证单摆的周期与摆球质量是否有关时，应控制其它量不变．
（2）①两个滑动变阻器的总阻值都不大，通过其额定电流的大小选择合适的滑动变阻器．
②测量电源电流需从零测起，滑动变阻器采用分压式接法，通过灯泡电阻的大小分析其是大电阻还是小电阻，从而确定电流表的内外接．注意电压表的量程偏小，需串联定值电阻改装成大量程的电压表．
③通过欧姆定律及串并联电路的特点，求出通过灯泡的电流和灯泡两端的电压，从而再根据欧姆定律求出灯泡的电阻．
解答：解：（1）C错误，因为单摆摆动的角度在5°之内，单摆的运动可视为简谐运动．错在拉开的角度太大，拉开的角度应该不大于5°；
F错误，通过多次测量取平均值，求得是g的平均值，错在不应该求L和T的平均值，应该分别将L和T代入公式，求出重力加速度g，求g的平均值；
G错误，判断单摆的周期是否与质量有关，应该控制其它量不变．错在没有保证在相同条件下，应该保持L相同，测出使用不同砝码时的周期T．
（2）①灯泡的额定电流I=，滑动变阻器采用分压式接法，则通过滑动变阻器的电流会大于1.5A，滑动变阻器R₁的额定电流为0.6A，不安全，所以选用滑动变阻器R₂．故选E．
②电压表的量程为3V，测量灯泡的电压量程偏小，需串联定值电阻改装成大量程的电压表，要测量灯泡的伏安特性，电压电流需从零开始测起，所以滑动变阻器采用分压式接法，灯泡在额定电压下工作的电阻R=，属于小电阻，电流表采取外接法．电路图如右图．
③电压表的示数为U，则灯泡两端的电压，通过电压表的电流，所以通过灯泡的电流．
根据欧姆定律得，．
故答案为：（1）C有错，错在拉开的角度太大，拉开的角度应该不大于5°；
F有错，错在不应该求L和T的平均值，应该分别将L和T代入公式，求出重力加速度g，求g的平均值；
G有错，错在没有保证在相同条件下，应该保持L相同，测出使用不同砝码时的周期T．
（2）①（1）E
②如图
③．
点评：解决本题的关键掌握实验的原理，知道实验的注意事项及操作流程，掌握器材选择的原则．