Question

（1）某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当（填“是”或“否”）．
①把单摆从平衡位置拉开约5°释放；

 

②在摆球经过最低点时启动秒表计时；

 

③把秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期．

 

该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见表．
用螺旋测微器测量其中 一个摆球直径的示数见图1．该球的直径为

 

mm．根据表中数据可以初步判断单摆周期随

 

的增大而增大
（2）硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件．某同学用图2所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．图中R₀为已知定值电阻，电压表视为理想电压表．
①请根据图2，用笔画线代替导线将图3中的实验器材连接成实验电路．
②若电压表V₂的读数为U₀，则I=

 

mA；
③实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I曲线a．见图4，由此可知电池内阻

 

 （填“是”或“不是”）常数，短路电流为

 

mA，电动势为

 

V．
④实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得U-I曲线b，见图4．当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5V．则实验二中外电路消耗的电功率为

 

mW（计算结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析：（1）根据实验要求：小球的偏角α在很小（α＜5°）时，小球的振动才近似看成简谐运动．在摆球经过最低点时开始计时，产生的时间误差较小．把秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期，误差较大，应采用累积法测量周期．螺旋测微器固定刻度最小分度为1mm，可动刻度每一分度表示0.01mm，由固定刻度读出整毫米数包括半毫米数，由可动刻度读出毫米的小数部分．
（2）根据欧姆定律求出电流表达式．根据图象与两个坐标轴交点的物理意义求解短路电流和电动势．由实验一中的路端电压为U₁=1.5V读出此时电路中电流为I₁，将（I₁，U₁）点与原点连成直线，和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流，求出功率．

解答：解：
（1）单摆作简谐运动要求摆角小，单摆从平衡位置拉开约5°释放；因为最低点位置固定，小球经过最低点时，相同的空间尺雨误差，产生的时间误差较小．所以在最低点启动秒表计时；摆球一次全振动的时间太短、误差大，应采用累积法测多个周期的时间求平均值；表中数据可以初步判断单摆周期随摆长的增大而增大．
（2）①见图；
     ②根据欧姆定律可知I=

U0

R0

；
     ③路端电压U=E-Ir，若r为常数、则U-I图为一条不过原点的直线，由曲线a可知电池内阻不是常数；
     当U=0时的电流为短路电流、约为I=295μA=0.295mA；
     当电流I=0时路端电压等于电源电动势E、约为2.67V；
    ④实验一中的路端电压为U₁=1.5V时电路中电流为I₁=0.21mA，连接a中点（0.21mA、1.5V）和坐标原点，此直线外电路电阻（此时电阻不变）的U-I图，和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流．
     如图，电流和电压分别为I=97μA、U=0.7V，则外电路消耗功率为P=UI=0.068 mW．
故本题答案是：
（1）①是，②是，③否，20.685，摆长
（2）①见上图
     ②

U0

R0

     ③不是，0.295，2.67
     ④0.065

点评：本题难点在于第（2）问中④小问，技巧是作出电阻的伏安特性曲线与电源的外特性曲线，两者的交点即为这电阻接在电源上的工作状态．