Question

（1）兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为0.40kg；
②将电动小车、纸带和打点计时器按图1所示安装；
③接通打点计时器（其打点时间间隔为0.02s）；
④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中所受的阻力恒定）．°
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹记录了小车停止之前的运动情况，如图2所示．
请你分析纸带数据，回答下列问题：
①该电动小车运动的最大速度为______m/s；
②该电动小车关闭电源后的加速度大小为______m/s²；
③该电动小车的额定功率为______W．

（2）影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减少．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．
①为完成实验，请连接如图的实物．
②实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据，判断元件Z是金属材料还是半导体材料？答：______．

U/V		0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60
I/A		0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.80	3.20

③把元件Z接入如图所示的电路中，当电阻R的阻值为R₁=2Ω时，电流表的读数为1.25A；当电阻R的阻值为R₂=3.6Ω时，电流表的读数为0.80A．结合上表数据，求出电池的电动势为______V，内阻为______Ω．（不计电流表的内阻）

（3）某同学通过实验研究小灯泡的电流与电压的关系．可用的器材如下：电源（电动势3V，内阻1Ω）、电键、滑动变阻器（最大阻值20Ω）、电压表、电流表、小灯泡、导线若干．
①实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U-I图象如图a所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而______（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②根据图a，在图b中把缺少的导线补全，连接成实验的电路（其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压）．
③若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，合上电键，任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是______W．（电压表和电流表均视为理想电表）

Answer 1

【答案】分析：（1）最后匀速的速度便是小车以额定功率运动的最大速度，由此根据纸带可求出小车最大速度；利用逐差法即△x=aT²可求出小车的加速度大小；小车在摩擦力力作用下减速运动，根据牛顿第二定律可求出摩擦力的大小，当小车达到额定功率时有：P=Fv=fv_m，据此可求出额定功率大小．
（2）本题要描绘伏安特性曲线，电压应该从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法；而该电阻较小，故应该采用安培表外接法，由此可正确连接实物图，注意连接实物图要注意线不可交叉，同时要注意电表的正、负接线柱不要接反；根据电阻的定义，随电压的增加，电阻减小，故是半导体；根据闭合电路欧姆定律，电源电动势等于各部分电势降低之和，有E=Ir+U_z+U_R；
然后根据表格得到两组半导体两端电压值，最后代入上式求解即可．
（3）由图可知，电压增大，电流增大，温度升高，电阻变大；由图a可知，电压从零开始调节的，因此滑动变阻器采用的是分压接法，由于灯泡电阻较小，因此安培表需要外接，由此可正确连接实物图；若任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，说明滑动变阻器连成限流接法，当滑动变阻器串入电路中的电阻最大即20Ω时，灯泡功率最小．
解答：解：（1）①根据纸带可知，当所打的点点距均匀时，表示物体匀速运动，此时速度最大，故有：
②从右端开始取六段位移，根据逐差法有：根据匀变速直线运动的推论△x=aT²，有：
x₆-x₃=3a₁T²  ①
x₅-x₂=3a₂T²      ②
x₄-x₁=3a₃T²       ③
由①②③得：=
其中T=0.04s，代入数据解得：a=-2.0m/s²，方向与运动方向相反．
③根据牛顿第二定律有：f=ma，将m=0.4kg代人得：f=0.84N．
当汽车达到额定功率，匀速运动时，F=f，P=Fv=fv_m，
代人数据解得P=1.2W．
故答案为：1.5   2.0  1.2．
（2）①本题要描绘伏安特性曲线，电压应该从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法；而该电阻较小，故应该采用安培表外接法，故具体实物图如下所示：

②根据电阻的定义，随电压的增加，电阻减小，故是半导体．
故答案为：半导体．
③根据闭合电路欧姆定律，电源电动势等于各部分电势降低之和，有：
E=Ir+U_z+U_R
当电阻R的阻值为R₁=2Ω时，电流表的读数为1.25A，故半导体两端电压为1.00V，即：
E=1.25×r+1.00+1.25×2
当电阻R的阻值为R₂=3.6Ω时，电流表的读数为0.80A，故半导体两端电压为0.8V，即：
E=0.8r+0.8+0.8×3.6
解得：E≈4.6V，r=1.1Ω
故答案为：4.6，1.1．
（3）①由图可知，电压增大．电流增大，温度升高，电阻变大．
故答案为：增大．
②由图a可知，电压从零开始调节的，因此滑动变阻器采用的是分压接法，由于灯泡电阻较小，因此安培表需要外接，由此可正确连接实物图如图所示：

③若任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，说明滑动变阻器连成限流接法，当滑动变阻器串入电路中的电阻最大即20Ω时，此时电路为一个电动势为3V，内阻为1Ω的电源与一个灯泡和20Ω的电阻串联，结合图（a）可知，当电流为I=0.13A时，灯泡电压为0.23V，此时满足：E=U_灯+U_R+U_内，故此次灯泡实际消耗的功率为：P=UI=0.23×0.13≈0.030W（也可以将电源内阻忽略进行计算）
故答案为：0.030～0.034．
点评：（1）本题考查了功、功率问题在实际中应用，知道在平直路面行驶的车子，功率一定，当牵引力与阻力相等时，速度最大．
（2）本题涉及到滑动变阻器的接法选择、安培表内接与外接法的选择、闭合电路欧姆定律、螺旋测微器的读数等知识点，关键要熟悉电学测量中误差的来源和减小方法，以及会用闭合电路欧姆定律解决问题．
（3）本题是考查了电学实验中的连接实物图、电路故障分析、识图、求功率等内容，是一道实验综合题，所考查内容是实验的常考内容，涉及的知识点较多，应熟练掌握，尤其注意电功率的计算和欧姆定律的应用，关键是看图得出数据．