Question

（1）用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．

①实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是

 

．
②图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图乙所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=

 

m/s²．（结果保留两位有效数字）
③实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a-F关系图线，如图丙所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是

 

．（选填下列选项的序号）
A．小车与平面轨道之间存在摩擦      B．平面轨道倾斜角度过大
C．所挂钩码的总质量过大            D．所用小车的质量过大
（2）小明利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20Ω．他首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度．可供选择的器材还有：
电池组E（电动势为3.0V，内阻约1Ω）；电流表A₁（量程0～100mA，内阻约5Ω）；电流表A₂（量程0～0.6A，内阻约0.2Ω）；
电阻箱R（0～999.9Ω）；开关、导线若干．
小明的实验操作步骤如下：
A．用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；
B．根据所提供的实验器材，设计并连接好如图丁所示的实验电路；
C．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大，闭合开关；
D．将金属夹夹在电阻丝上某位置，调整电阻箱接入电路中的电阻值，使电流表满偏，记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；
E．改变金属夹与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱接入电路中的阻值，使电流表再次满偏．重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L．
F．断开开关．
①小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图戊所示，则这次测量中该电阻丝直径的测量值d=

 

 mm；
②实验中电流表应选择

 

（选填“A₁”或“A₂”）；
③小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图己所示的R-L关系图线，图线在R轴的截距为R₀，在L轴的截距为L₀，再结合测出的电阻丝直径d，可求出这种电阻丝材料的电阻率ρ=

 

（用给定的物理量符号和已知常数表示）．
④若在本实验中的操作、读数及计算均正确无误，那么由于电流表内阻的存在，对电阻率的测量结果是否会产生影响？若有影响，请说明测量结果将偏大还是偏小．（不要求分析的过程，只回答出分析结果即可）答：

 

．

Answer 1

分析：（1）①探究物体加速度与力的关系实验中，我们认为小车受到的拉力等于钩码的重力，在实验前应平衡摩擦力；②根据纸带数据，由△x=at²可求小车的加速度；③当钩码质量远小于小车质量时，小车受到的拉力近似等于钩码重力，如果钩码质量太大，则小车受到的拉力小于钩码重力，实验误差较大．
（2）①螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器的示数．②根据电路最大电流选择电流表．③由实验步骤可知，电源电动势不变，电路电流始终等于电流表的满偏电流，电路电流不变，由此可知，电路总电阻不变，由图象及串联电路特点可以求出电路总电阻，由电阻定律及实验数据可以求出电阻率的表达式．④应用图象法求电阻率，电流表内阻对实验结果没有影响．

解答：解：（1）①实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡小车受到的摩擦力．
②计数点间的时间间隔t=0.02s×5=0.1s，小车的加速度a=

a1+a2

2

=

CD-AB+(DE-BC)

4t2

=

CE-AC

4t2

=

21.60cm-8.79cm-8.79cm

4×(0.1s)2

≈100cm/s²=1.0m/s²；
③实验过程中，如果所挂钩码质量过大，小车受到的拉力会明显小于钩码重力，a-F关系图线会明显偏离直线，故C正确；
（2）①由图示螺旋测微器可知，固定刻度是0.5mm，
可动刻度是23.0×0.01mm=0.230mm，金属丝直径d=0.5mm+0.230mm=0.730mm．
②电路最大电流约为I=

E

r+R

=

3V

1Ω+20Ω

≈0.14A，不到0.6A的四分之一，
如果使用电流表A₂实验较大，因此电流表应选A₁．
③由实验步骤可知，外电路电阻不变，由串联电路特点可知，
外电路总电阻R_总=R+R_电阻丝=R+ρ

L

S

=R+ρ

L

π( d 2 )2

=R+ρ

4L

πd2

，
由图象可知，当电阻丝接入电路的长度为零是，电路总电阻R_总=R₀，
则R+ρ

4L

πd2

=R₀，R=R₀-ρ

4L

πd2

，图象斜率k=

R0

L0

=

4ρ

πd2

，则电阻率ρ=

πd2R0

4L0

；
④应用图象法处理实验数据，电流表内阻对实验结果没有影响．
故答案为（1）①平衡摩擦力；②1.0 ③C；（2）①0.730；②A₁；③

πd2R0

4L0

；④不产生影响．

点评：（1）在探究加速度与力的关系实验中，钩码质量应远大于小车质量，否则实验误差较大．
（2）螺旋测微器示数等于固定刻度与可动刻度示数之和，对螺旋测微器读数时要注意估读；
（3）为减小读数误差，电表量程选择要合适，在保证安全的前提下，量程不能过大；
（4）知道外电路电阻不变，熟练应用电阻定律即可正确解题．