Question

（1）為測定一節干電池的電動勢和內阻，用如圖所示電路．
除干電池、開關、導線外可供使用的實驗器材還有：
A．電流表（量程0.6A3A）
B．電壓表（量程3V15V）
C．滑動變阻器（阻值范圍0～10Ω額定電流2A）
D．滑動變阻器（阻值范圍0～200Ω額定電流1A）
①請你完成下面的選擇：電流表量程選

 

，
電壓表量程選

 

，滑動變阻器選

 

．
（填器材前面的字母代號）
②在圖中用筆畫線代替導線完成實物連線；

（2）某學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示．在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數據后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象．

①實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的
△t₁

 

△t₂（選填“＞”、“=”或“＜”）時，說明氣墊導軌已經水平．
②用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結果如圖丙所示，則d=

 

mm．
③滑塊P用細線跨過氣墊導軌的定滑輪與質量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統機械能是否守恒，還應測出

 

和

 

（寫出物理量的名稱及符號）．
④若上述物理量間滿足關系式

 

，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統機械能守恒．

Answer 1

分析：（1）根據電源電動勢選擇電壓表量程，根據電路最大電流選擇電流表量程，為方向實驗操作應選最大阻值較小的滑動變阻器；
根據實驗原理連接實物電路圖．
（2）①如果遮光條通過光電門的時間相等，說明遮光條做勻速運動，即說明氣墊導軌已經水平．
②螺旋測微器的讀數方法是固定刻度讀數加上可動刻度讀數，在讀可動刻度讀數時需估讀．
③要驗證滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恒，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，根據這兩個量求解．
④滑塊和砝碼組成的系統機械能守恒列出關系式．

解答： 解：（1）①實驗時電路最大電流不會超過0.6A，因此電流表量程選0.6A，一節干電池的電動勢約為1.5V，電壓表量程選3V，為方便實驗操作，滑動變阻器選C．
②用伏安法測電源電動勢與內阻，電流表測電路電流，電壓表測路端電壓，實物電路圖如圖所示．
（2）①如果遮光條通過光電門的時間相等，說明遮光條做勻速運動，即說明氣墊導軌已經水平．
②螺旋測微器的固定刻度讀數為8mm，可動刻度讀數為0.01×47.5mm=0.475mm，所以最終讀數為：8mm+0.475mm=8.475mm（8.473～8.475均正確）．
③要驗證滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恒，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，
光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法．由于光電門的寬度很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度．
v_B=

d

△t2

，v_A=

d

△t1

，
滑塊和砝碼組成的系統動能的增加量△E_k=

1

2

（m+M）（

d

△t2

）²-

1

2

（m+M）（

d

△t1

）²．
滑塊和砝碼組成的系統動能的重力勢能的減小量△E_p=mgL，所以還應測出滑塊質量M，兩光電門間距離L．
④如果系統動能的增加量等于系統重力勢能的減小量，那么滑塊和砝碼組成的系統機械能守恒．
即：mgL=

1

2

（m+M）（

d

△t2

）²-

1

2

（m+M）（

d

△t1

）²；
故答案為：（1）①0.6A；3V；C；②電路圖如圖所示；（2）①=；②8.475；③滑塊質量M；兩光電門間距離L；L；④mgL=

1

2

（M+m）(

d

△t2

)2-

1

2

（M+m）(

d

△t1

)2．

點評：掌握螺旋測微器的讀數方法．了解光電門測量瞬時速度的原理．實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統我們要考慮全面．