Question

（Ⅰ）物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如图的实验装置．
（1）某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的位移s，通过光电门时的速度v，试探究外力做的功mgs与小球动能变化量

1

2

mv2的定量关系．
（2）某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据．
①用天平测定小球的质量为0.50kg；
②用

游标卡尺

 测出小球的直径为10.0mm；（选填：刻度尺，游标卡尺，螺旋测微器）
③用刻度尺测出电磁铁下端到

光电门

的距离为80.40cm；
④电磁铁先通电，让小球

吸在电磁铁下端

．
⑤让电磁铁断电，小球自由下落．
⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10^-3s．
⑦计算得出重力做的功为4.02J，小球动能变化量为

4.00

J．（g取10m/s²，结果保留三位有效数字）
（3）试根据在（2）中条件下做好本实验的结论：

在误差允许范围内外力做功与动能变化量相等

．
（Ⅱ）某同学使用如下图A所示器材测定小灯泡在不同电压下的阻值，已知小灯泡标有“9V，4.5W“字样，备选滑动变阻器有二种规格，R₁标有”5Ω，2A”R₂标有”100Ω，2A”现要求小灯泡两端电压从零开始，并能测量多组数据．

（1）为使操作更为方便，滑动变阻器应选用

R₁

（选填R₁，R₂）
（2）将图中的实物图补充完整，使其能尽量准确地测量小灯泡的阻值．
（3）本实验操作时应闭合开关，移动滑动变阻器滑片，使小灯泡电流

从小到大

（选填”从小到大”或”从大到小”）变化，读取数据．若某同学选用15V量程电压表进行测量示数如图B所示，此时示数为

8.5V

（4）图C为某同学根据实验数据做出的一根I-U图线，从图中可以求出小灯泡正常工作时的阻值大小为

16.4Ω

，（保留三位有效数字）此阻值比小灯泡的实际阻值偏

小

．（选填“大”或“小”）

Answer 1

分析：Ⅰ探究重力做功与动能变化的关系，用游标卡尺测出小球直径，由平均速度公式求小球经过光电门时的速度，由动能的计算公式求出小球的动能；先接通电源让电磁铁吸住小球，然后断开开关，让小球自由下落，用刻度尺测出小球下落的距离，由功的计算公式求出重力做的功；比较小球动能变化量与重力做功的关系，然后得出实验结论．
Ⅱ（1）在保证安全的前提下，应选最大阻值较小的滑动变阻器；
（2）灯泡两端的电压从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法，据此连接实物电路图；
（3）闭合开关前，灯泡的分压应为零，闭合开关后，移动滑片使小灯泡电流从小到大变化；根据电压表量程由图示电压表确定其分度值，读出电压表示数；
（4）由图象找出灯泡额定电压所对应的电流，然后由欧姆定律求出灯泡电阻；实验时，电流表采用外接法，由于电压表分流，使电流测量值偏大，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值．

解答：解：（Ⅰ）（2）②用游标卡尺 测出小球的直径为10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.40cm；
④电磁铁先通电，让小球吸在电磁铁下端；
⑥小球经过光电门时的速度v=

d

t

=

10.00×10-3m

2.5×10-3s

=4.00m/s；
⑦小球的动能变化量△E_K=

1

2

mv²=

1

2

×0.50×4.00²=4.00J；
（3）由实验可知，在误差允许范围内外力做功与动能变化量相等．
（Ⅱ）（Ⅱ）（1）为使操作更为方便，滑动变阻器应选用R₁．
（2）滑动变阻器采用分压接法，实物电路图如图所示．
（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，使小灯泡电流从小到大变化；
电压表量程是15V，由图示电压表可知，电压表分度值是0.5V，电压表示数是8.5V．
（4）由图C所示图象可知，灯泡额定电压9V所对应电流为0.55A，
灯泡正常工作时的电阻R=

U

I

=

9V

0.55A

≈16.4Ω；电流表采用外接法，
由于电压表的分流，所测电流偏大，由欧姆定律可知，灯泡测量值小于真实值．
故答案为：（Ⅰ）（2）②游标卡尺；③光电门；④吸在电磁铁下端；⑦4.00；
（3）在误差允许范围内外力做功与动能变化量相等．
（Ⅱ）（1）R₁；（2）电路图如图所示；（3）从小到大；8.5V；（4）16.4Ω；小．

点评：对电表读数时，要先确定电表的量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直．