Question

（Ⅰ）物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來越大，為了“探究重力做功和物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如圖的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)結(jié)合右圖設(shè)計(jì)一個(gè)本實(shí)驗(yàn)情景的命題：如圖所示，設(shè)質(zhì)量為m（已測(cè)定）的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的位移s，通過光電門時(shí)的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動(dòng)能變化量

1

2

mv2的定量關(guān)系．
（2）某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測(cè)出如下數(shù)據(jù)．
①用天平測(cè)定小球的質(zhì)量為0.50kg；
②用

游標(biāo)卡尺

 測(cè)出小球的直徑為10.0mm；（選填：刻度尺，游標(biāo)卡尺，螺旋測(cè)微器）
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到

光電門

的距離為80.40cm；
④電磁鐵先通電，讓小球

吸在電磁鐵下端

．
⑤讓電磁鐵斷電，小球自由下落．
⑥在小球經(jīng)過光電門時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為2.50×10^-3s．
⑦計(jì)算得出重力做的功為4.02J，小球動(dòng)能變化量為

4.00

J．（g取10m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）試根據(jù)在（2）中條件下做好本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：

在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等

．
（Ⅱ）某同學(xué)使用如下圖A所示器材測(cè)定小燈泡在不同電壓下的阻值，已知小燈泡標(biāo)有“9V，4.5W“字樣，備選滑動(dòng)變阻器有二種規(guī)格，R₁標(biāo)有”5Ω，2A”R₂標(biāo)有”100Ω，2A”現(xiàn)要求小燈泡兩端電壓從零開始，并能測(cè)量多組數(shù)據(jù)．

（1）為使操作更為方便，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₁

（選填R₁，R₂）
（2）將圖中的實(shí)物圖補(bǔ)充完整，使其能盡量準(zhǔn)確地測(cè)量小燈泡的阻值．
（3）本實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡電流

從小到大

（選填”從小到大”或”從大到小”）變化，讀取數(shù)據(jù)．若某同學(xué)選用15V量程電壓表進(jìn)行測(cè)量示數(shù)如圖B所示，此時(shí)示數(shù)為

8.5V

（4）圖C為某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的一根I-U圖線，從圖中可以求出小燈泡正常工作時(shí)的阻值大小為

16.4Ω

，（保留三位有效數(shù)字）此阻值比小燈泡的實(shí)際阻值偏

小

．（選填“大”或“小”）

Answer 1

分析：Ⅰ探究重力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系，用游標(biāo)卡尺測(cè)出小球直徑，由平均速度公式求小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度，由動(dòng)能的計(jì)算公式求出小球的動(dòng)能；先接通電源讓電磁鐵吸住小球，然后斷開開關(guān)，讓小球自由下落，用刻度尺測(cè)出小球下落的距離，由功的計(jì)算公式求出重力做的功；比較小球動(dòng)能變化量與重力做功的關(guān)系，然后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
Ⅱ（1）在保證安全的前提下，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器；
（2）燈泡兩端的電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，據(jù)此連接實(shí)物電路圖；
（3）閉合開關(guān)前，燈泡的分壓應(yīng)為零，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片使小燈泡電流從小到大變化；根據(jù)電壓表量程由圖示電壓表確定其分度值，讀出電壓表示數(shù)；
（4）由圖象找出燈泡額定電壓所對(duì)應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出燈泡電阻；實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流表采用外接法，由于電壓表分流，使電流測(cè)量值偏大，由歐姆定律可知，電阻測(cè)量值小于真實(shí)值．

解答：解：（Ⅰ）（2）②用游標(biāo)卡尺 測(cè)出小球的直徑為10.0mm；
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離為80.40cm；
④電磁鐵先通電，讓小球吸在電磁鐵下端；
⑥小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v=

d

t

=

10.00×10-3m

2.5×10-3s

=4.00m/s；
⑦小球的動(dòng)能變化量△E_K=

1

2

mv²=

1

2

×0.50×4.00²=4.00J；
（3）由實(shí)驗(yàn)可知，在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等．
（Ⅱ）（Ⅱ）（1）為使操作更為方便，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₁．
（2）滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，實(shí)物電路圖如圖所示．
（3）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡電流從小到大變化；
電壓表量程是15V，由圖示電壓表可知，電壓表分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是8.5V．
（4）由圖C所示圖象可知，燈泡額定電壓9V所對(duì)應(yīng)電流為0.55A，
燈泡正常工作時(shí)的電阻R=

U

I

=

9V

0.55A

≈16.4Ω；電流表采用外接法，
由于電壓表的分流，所測(cè)電流偏大，由歐姆定律可知，燈泡測(cè)量值小于真實(shí)值．
故答案為：（Ⅰ）（2）②游標(biāo)卡尺；③光電門；④吸在電磁鐵下端；⑦4.00；
（3）在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等．
（Ⅱ）（1）R₁；（2）電路圖如圖所示；（3）從小到大；8.5V；（4）16.4Ω；小．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)電表讀數(shù)時(shí)，要先確定電表的量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直．