Question

13．（一）小欣同学在做“探究串联电路中电压的规律”实验时，连接了如图丙所示的电路，闭合开关后，发现两灯均不亮，经检查，电路连接正确．小欣同学用电压表检查该电路的故障，测量结果如表格所示．若电路中仅有一处发生故障，根据表中数据可知，发生故障的电路元件为L₂（选填“L₁”、“L₂”或“S”），该故障为断路（选填“短路”或“断路”）．粗心的小欣同学忘了记录当电压表接在AC两点时的数据，你认为电压表接AC两点时的测量结果为3V．

位置	AB	BC	CD	AC	AD
电压U/V	0	3V	0		3V

（二）小明猜想：动能的大小可能与物体的质量与物体的速度有关．因此，他设计了如下两种实验方案：
A．让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图甲所示）．
B．让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图乙所示）．
上述两种实验方案中：
（1）A方案是为了探究动能大小与速度的关系．
（2）小明想用B方案探究动能大小与质量的关系，该方案是否合理？答：不合理；
理由是：没有控制小车速度不变．
（3）若水平面绝对光滑且不计空气阻力，该实验还能得出结论吗？答：不能；理由是：无法判断木块被撞击的距离大小．

Answer 1

分析 （一）电压表应与被测电路并联，如果电压表示数为零，可能与电压表并联的电路短路，或电压表并联电路之外电路存在断路；如果电压表示数较大，接近电源电压，说明电压表两接线柱与电源两极相连，电压表并联电路断路，分析表中实验数据，看两灯泡电压与串联电压间的关系，然后得出结论．
（二）（1）同一小车保证了质量相同，从斜面的不同高度滑下，到达水平面时的速度不同，木块被撞后移动的距离越远，推力做功越多，就可以说明木块的动能越大，从而得出质量相同时，速度越大的物体动能越大．
（2）该实验利用了控制变量法，如果探究动能大小与质量的关系，必须保证运动速度相同，应该使小车从斜面的相同高度滑下．
（3）由牛顿第一定律内容分析回答．

解答 解：（一）电路中仅有一处发生故障，如果灯泡L₁短路，则灯泡L₂发光，不符合题意，同理L₂短路也不符合题意；
如果灯泡L₁正常，灯泡L₂断路，电压表测量的电压有U_AB=0，U_BC=3V，U_CD=0，U_AC=3V，U_AD=3V，符合题意；
如果灯泡L₂正常，灯泡L₁断路，电压表测量的电压有U_AB=3V，U_BC=0，U_CD=0，U_AC=3V，U_AD=3V，不符合题意；
灯泡L₂断路，当电压表接在AC两点时，闭合开关，电压表测的是电源电压，U_AC=U_BC=3V；
（二）（1）让小车从斜面的不同高度滑下，那么小车到达水平面时的速度就不同，小车推动木块做功，运动距离越远，做功越多，动能越大；
（2）要探究动能大小与质量的关系，应该控制小车的速度相同，让小车从斜面的同一高度滑下；
（3）若水平面光滑，木块不受摩擦力，由牛顿第一定律可知物体将永远运动下去，物体的通过的距离无法确定，做功的多少也无法确定．所以木块动能的大小就无法比较．
故答案为：（一）L₂；断路；3；（二）（1）速度；（2）不合理；没有控制小车速度不变；（3）不能；无法判断木块被撞击的距离大小．

点评 （一）本题考查了电路故障分析、探究串联电路的电压规律，认真分析表中实验数据即可正确解题．
（二）该实验采用的物理研究方法有转换法和控制变量法，尤其是控制变量法，因为影响动能大小的因素有质量和速度，所以在探究一个因素时，必须保证另一个影响因素不变．