Question

（2012?西城區二模）實驗題
（1）甲乙兩個同學共同做“驗證牛頓第二定律”的實驗，裝置如圖所示．

①兩位同學用砝碼盤（連同砝碼）的重力作為小車（對象）受到的合外力，需要平衡桌面的摩擦力對小車運動的影響．他們將長木板的一端適當墊高，在不掛砝碼盤的情況下，小車能夠自由地做

勻速直線

運動．另外，還應滿足砝碼盤（連同砝碼）的質量m

遠小于

小車的質量M．（填“遠小于”、“遠大于”或“近似等于”）
接下來，甲同學研究：在保持小車的質量不變的條件下，其加速度與其受到的牽引力的關系；乙同學研究：在保持受到的牽引力不變的條件下，小車的加速度與其質量的關系．
②甲同學通過對小車所牽引紙帶的測量，就能得出小車的加速度a．圖2是某次實驗所打出的一條紙帶，在紙帶上標出了5個計數點，在相鄰的兩個計數點之間還有4個點未標出，圖中數據的單位是cm．實驗中使用的電源是頻率f=50Hz的交變電流．根據以上數據，可以算出小車的加速度a=

0.343

m/s²．（結果保留三位有效數字）
③乙同學通過給小車增加砝碼來改變小車的質量M，得到小車的加速度a與質量M的數據，畫出a～

1

M

圖線后，發現：當

1

M

較大時，圖線發生彎曲．于是，該同學后來又對實驗方案進行了進一步地修正，避免了圖線的末端發生彎曲的現象．那么，該同學的修正方案可能是

A

A．改畫a與

1

M+m

的關系圖線       B．改畫a與（M+m）的關系圖線
C．改畫 a與

m

M

的關系圖線         D．改畫a與

1

(M+m)2

的關系圖線
（2）在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，采用如圖3所示的電路．
①請根據圖3在圖4中進行實物連線．

②某同學在實驗中得到下面一組U和I的數據：

序號	1	2	3	4	5	6	7	8	9
U/V	0.05	0.10	0.20	0.30	0.40	1.00	1.50	2.00	3.00
I/A	0.05	0.08	0.10	0.11	0.12	0.16	0.19	0.22	0.27

圖5是該同學根據實驗數據描繪出的伏安特性曲線．從圖線上可以看出，當通過小燈泡的電流逐漸增大時，燈絲的阻值逐漸

增大

；這表明燈絲的電阻率隨溫度升高而

增大

．（以上兩空均選填“增大”、“不變”或“減小”）
③將本實驗中的小燈泡兩端加3.0V的電壓，則小燈泡的實際功率約為

0.81（0.80～0.82）

W；若直接接在電動勢為3.0V、內阻為2.0Ω的直流電源兩端，則小燈泡的實際功率約為

0.62（0.60～0.64）

W．（以上兩空的結果均保留兩位有效數字）

Answer 1

分析：（1）題的關鍵是分別對小車和砝碼盤列出牛頓第二定律方程，即可知道繩子拉力就是砝碼重力的條件以及圖象彎曲的原因；
（2）題的難點是當小燈泡接在電源兩端時消耗的功率的求法，方法是將表示電源的U-I圖象與表示導體的U-I圖象畫在同一個圖象中，兩圖線的交點表示該導體接在電源兩端后對應的電流和電壓，再用P=UI求出小燈泡的實際功率．

解答：解：（1）①在驗證牛頓第二定律實驗中，平衡摩擦力時要求在不掛砝碼盤的情況下，小車能夠自由地做勻速直線運動運動，這樣小車受到的拉力才為合力，另外，還應滿足砝碼盤（連同砝碼）的質量m遠小于小車的質量M，這樣繩子拉力才近似等于砝碼盤（連同砝碼）的重力．
②△S=a

t

2

，將紙帶分為兩部分，

S

1

=8.05cm

S

2

=17.47-8.05=9.42cm，t=0.2s，代入解得a=

S   2 -S   1

t 2

=0.343m/

s

2

③分別對小車與砝碼列出牛頓第二定律，對小車有F=Ma，對砝碼有F-mg=ma，兩式聯立可得a=

mg

M+m

=

1

M+m

．mg，故若改畫a-

1

M+m

圖線，則斜率一定，故該同學的修正方案是A．
（2）①實物連線如圖

②根據歐姆定律R=

U

I

，因U-I圖象上的一點與原點的連線的斜率即為電阻R，可見當通過小燈泡的電流逐漸增大時，燈絲的阻值逐漸增大；這表明燈絲的電阻率隨溫度升高而增大．
③根據小燈泡的U-I圖線可讀出U=3V時對應的電流I=0.27A，由P=UI得小燈泡的實際功率為P=3×0.27W=0.81W（0.80～0.82均可），若直接接在電動勢為3.0V、內阻為2.0Ω的直流電源兩端，則在小燈泡的U-I圖象上再做出表示電源的U-I圖象，兩圖線的交點坐標為I=0.24A，U=2.6V，則小燈泡的實際功率約為P=UI=2.6×0.24W=0.62W（0.60～0.64）
故答案為（1）①勻速直線，遠小于，②0.343，③A．
         （2）①如圖，②增大，增大，③0.81（0.80～0.82），0.62（0.60～0.64）

點評：對牛頓第二定律實驗中要明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質量遠小于小車質量的理由；要明確表示導體的U-I圖象與表示電源的U-I圖象的區別及應用．