Question

（1）某同學(xué)為探究“合力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：
①按圖（a）擺好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車(chē)質(zhì)量M=0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m=0.05kg．
②釋放小車(chē)，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源（電源頻率為f=50Hz），打出一條紙帶．
③他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖（b）所示．把打下的第一點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d₁=0.41m，d₂=0.055m，d₃=0.167m，d₄=0.256m，d₅=0.360m，d₆=0.480m…，他把鉤碼重力（當(dāng)?shù)刂亓�加速度g=10m/s²）作為小車(chē)所受合力，算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功．W=

 

J
（結(jié)果保留三位有效數(shù)字），用正確的公式E_k=

 

（用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式）把打下第5點(diǎn)時(shí)小車(chē)動(dòng)能作為小車(chē)動(dòng)能的改變量，算得E_k=0.125J．
④此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒(méi)能得到“合力對(duì)物體做的功，等于物體動(dòng)能的增量”，且誤差很大．通過(guò)反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是

 

．
A．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多
B．沒(méi)有平衡摩擦力，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多
C．釋放小車(chē)和接通電源的次序有誤，使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小
D．沒(méi)有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因
（2）硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)化為電能的元件．某同學(xué)利用圖（甲）所示電路探究某硅光電池的路端電壓U與電流I的關(guān)系．圖中定值電阻R₀=2Ω，電壓表、電流表均可視為理想電表．
①用“筆畫(huà)線”代替導(dǎo)線，根據(jù)電路圖，將圖（乙）中的實(shí)物電路補(bǔ)充完整．
②實(shí)驗(yàn)一：用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，閉合電鍵S，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R的阻值，通過(guò)測(cè)量得到該電池的U-I曲線a（見(jiàn)圖丙）．則由圖象可知，當(dāng)電流小于200mA時(shí)，該硅光電池的電動(dòng)勢(shì)為

 

V，內(nèi)阻為

 

Ω．
③實(shí)驗(yàn)二：減小光照強(qiáng)度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量得到該電池的U-I曲線b（見(jiàn)圖丙）．當(dāng)可調(diào)電阻R的阻值調(diào)到某值時(shí)，若該電路的路端電壓為1.5V，由曲線b可知，此時(shí)電源的輸出功率約為

 

W．

Answer 1

分析：（1）將砝碼重力當(dāng)作小車(chē)所受合外力，根據(jù)功的定義可以正確解答，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小，進(jìn)一步求出其動(dòng)能大��；
實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)自兩個(gè)方面一是由實(shí)驗(yàn)原理不完善導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，一是由數(shù)據(jù)測(cè)量如測(cè)量距離等導(dǎo)致的偶然誤差，可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析．
（2）①根據(jù)原理圖可以畫(huà)出實(shí)物圖，注意正負(fù)極不要連反了．
②電源的U-I圖象的斜率表示其內(nèi)阻，根據(jù)斜率的變化可以知道內(nèi)阻的變化情況，圖象與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流．
③由圖象b找到路端電壓為1.5V的電路電流，由歐姆定律及串聯(lián)電路特點(diǎn)求出可調(diào)電阻阻值，然后由P=I²R求出可調(diào)電阻消耗的電功率．

解答：解：（1）③根據(jù)題意物體所受合外力為：F=mg=0.05×9.8=0.49N，
根據(jù)功的定義可知：W=Fs=mgh=0.176J；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小為：
v=

d6-d4

2T

（其中T=

5

f

）
動(dòng)能公式為：E_k=

1

2

mv2=

Mf2

200

(d6-d4)2
④A、設(shè)繩子上拉力為F，對(duì)小車(chē)根據(jù)牛頓第二定律有：
對(duì)小車(chē)：F=Ma    ①
對(duì)鉤碼有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

，由此可知當(dāng)M＞＞m時(shí)，鉤碼的重力等于繩子的拉力，因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時(shí)，會(huì)造成較大誤差，故A正確；
B、實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行平衡摩擦力操作，若沒(méi)有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當(dāng)做小車(chē)合外力做的功，會(huì)造成較大誤差，故B正確；
C、釋放小車(chē)和接通電源的順序有誤，影響打點(diǎn)多少，不一定會(huì)使動(dòng)能的測(cè)量偏小，故C錯(cuò)誤；
D、距離的測(cè)量產(chǎn)生的誤差不是該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要誤差，故D錯(cuò)誤．
故選AB．
（2）：①分析圖甲所示實(shí)驗(yàn)原理圖，根據(jù)原理圖連接實(shí)物電路圖，如圖所示．

②在硅光電池的U-I圖象，當(dāng)I=0，U=E，圖線斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻．由圖線a可知E=2.90V，當(dāng)電流小于200mA的情況下，此電池的內(nèi)阻r=4.00Ω．
③由圖線b可知，在實(shí)驗(yàn)二中當(dāng)路端電壓為1.5V時(shí)，電路電流
I=60mA=0.06A，由歐姆定律可知，此時(shí)外電阻R_外=

1.5V

0.06A

=25Ω，可調(diào)電阻阻值R=R_外-R₀=25Ω-2Ω=23Ω，
可調(diào)電阻消耗的電功率P=I²R=（0.06A）²×23Ω=0.09W．
故答案為：（1）③0.180    

Mf2

200

(d6-d4)2  ④AB 
（2）①實(shí)物連接圖如圖所示
②2.90，4.0
③0.09

點(diǎn)評(píng)：（1）明確實(shí)驗(yàn)原理往往是解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)類(lèi)似可以類(lèi)比學(xué)習(xí)．
（2）本題主要考查了在實(shí)驗(yàn)中如何利用圖線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，明確電源U-I圖象和電阻U-I圖象的含義和區(qū)別．