Question

（2012?西城區(qū)二模）實(shí)驗(yàn)題
（1）甲乙兩個(gè)同學(xué)共同做“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)，裝置如圖所示．

①兩位同學(xué)用砝碼盤（連同砝碼）的重力作為小車（對(duì)象）受到的合外力，需要平衡桌面的摩擦力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響．他們將長木板的一端適當(dāng)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(yùn)動(dòng)．另外，還應(yīng)滿足砝碼盤（連同砝碼）的質(zhì)量m

遠(yuǎn)小于

小車的質(zhì)量M．（填“遠(yuǎn)小于”、“遠(yuǎn)大于”或“近似等于”）
接下來，甲同學(xué)研究：在保持小車的質(zhì)量不變的條件下，其加速度與其受到的牽引力的關(guān)系；乙同學(xué)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(zhì)量的關(guān)系．
②甲同學(xué)通過對(duì)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(shí)驗(yàn)所打出的一條紙帶，在紙帶上標(biāo)出了5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，在相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，圖中數(shù)據(jù)的單位是cm．實(shí)驗(yàn)中使用的電源是頻率f=50Hz的交變電流．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以算出小車的加速度a=

0.343

m/s²．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
③乙同學(xué)通過給小車增加砝碼來改變小車的質(zhì)量M，得到小車的加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)，畫出a～

1

M

圖線后，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)

1

M

較大時(shí)，圖線發(fā)生彎曲．于是，該同學(xué)后來又對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了進(jìn)一步地修正，避免了圖線的末端發(fā)生彎曲的現(xiàn)象．那么，該同學(xué)的修正方案可能是

A

A．改畫a與

1

M+m

的關(guān)系圖線       B．改畫a與（M+m）的關(guān)系圖線
C．改畫 a與

m

M

的關(guān)系圖線         D．改畫a與

1

(M+m)2

的關(guān)系圖線
（2）在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖3所示的電路．
①請(qǐng)根據(jù)圖3在圖4中進(jìn)行實(shí)物連線．

②某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到下面一組U和I的數(shù)據(jù)：

序號(hào)	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(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出的伏安特性曲線．從圖線上可以看出，當(dāng)通過小燈泡的電流逐漸增大時(shí)，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(shí)驗(yàn)中的小燈泡兩端加3.0V的電壓，則小燈泡的實(shí)際功率約為

0.81（0.80～0.82）

W；若直接接在電動(dòng)勢為3.0V、內(nèi)阻為2.0Ω的直流電源兩端，則小燈泡的實(shí)際功率約為

0.62（0.60～0.64）

W．（以上兩空的結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）題的關(guān)鍵是分別對(duì)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(diǎn)是當(dāng)小燈泡接在電源兩端時(shí)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(dǎo)體的U-I圖象畫在同一個(gè)圖象中，兩圖線的交點(diǎn)表示該導(dǎo)體接在電源兩端后對(duì)應(yīng)的電流和電壓，再用P=UI求出小燈泡的實(shí)際功率．

解答：解：（1）①在驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力時(shí)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(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這樣小車受到的拉力才為合力，另外，還應(yīng)滿足砝碼盤（連同砝碼）的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)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(duì)小車與砝碼列出牛頓第二定律，對(duì)小車有F=Ma，對(duì)砝碼有F-mg=ma，兩式聯(lián)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(xué)的修正方案是A．
（2）①實(shí)物連線如圖

②根據(jù)歐姆定律R=

U

I

，因U-I圖象上的一點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率即為電阻R，可見當(dāng)通過小燈泡的電流逐漸增大時(shí)，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(jù)小燈泡的U-I圖線可讀出U=3V時(shí)對(duì)應(yīng)的電流I=0.27A，由P=UI得小燈泡的實(shí)際功率為P=3×0.27W=0.81W（0.80～0.82均可），若直接接在電動(dòng)勢為3.0V、內(nèi)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(diǎn)坐標(biāo)為I=0.24A，U=2.6V，則小燈泡的實(shí)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(yuǎn)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(diǎn)評(píng)：對(duì)牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中要明確平衡摩擦力的原因和要求滿足砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的理由；要明確表示導(dǎo)體的U-I圖象與表示電源的U-I圖象的區(qū)別及應(yīng)用．