Question

（1）为测定一节干电池的电动势和内阻，用如图所示电路．
除干电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有：
A．电流表（量程0.6A3A）
B．电压表（量程3V15V）
C．滑动变阻器（阻值范围0～10Ω额定电流2A）
D．滑动变阻器（阻值范围0～200Ω额定电流1A）
①请你完成下面的选择：电流表量程选

 

，
电压表量程选

 

，滑动变阻器选

 

．
（填器材前面的字母代号）
②在图中用笔画线代替导线完成实物连线；

（2）某学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．

①实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的
△t₁

 

△t₂（选填“＞”、“=”或“＜”）时，说明气垫导轨已经水平．
②用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=

 

mm．
③滑块P用细线跨过气垫导轨的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若△t₁、△t₂和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出

 

和

 

（写出物理量的名称及符号）．
④若上述物理量间满足关系式

 

，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．

Answer 1

分析：（1）根据电源电动势选择电压表量程，根据电路最大电流选择电流表量程，为方向实验操作应选最大阻值较小的滑动变阻器；
根据实验原理连接实物电路图．
（2）①如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
②螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．
③要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，根据这两个量求解．
④滑块和砝码组成的系统机械能守恒列出关系式．

解答： 解：（1）①实验时电路最大电流不会超过0.6A，因此电流表量程选0.6A，一节干电池的电动势约为1.5V，电压表量程选3V，为方便实验操作，滑动变阻器选C．
②用伏安法测电源电动势与内阻，电流表测电路电流，电压表测路端电压，实物电路图如图所示．
（2）①如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
②螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为0.01×47.5mm=0.475mm，所以最终读数为：8mm+0.475mm=8.475mm（8.473～8.475均正确）．
③要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，
光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
v_B=

d

△t2

，v_A=

d

△t1

，
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△E_k=

1

2

（m+M）（

d

△t2

）²-

1

2

（m+M）（

d

△t1

）²．
滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量△E_p=mgL，所以还应测出滑块质量M，两光电门间距离L．
④如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒．
即：mgL=

1

2

（m+M）（

d

△t2

）²-

1

2

（m+M）（

d

△t1

）²；
故答案为：（1）①0.6A；3V；C；②电路图如图所示；（2）①=；②8.475；③滑块质量M；两光电门间距离L；L；④mgL=

1

2

（M+m）(

d

△t2

)2-

1

2

（M+m）(

d

△t1

)2．

点评：掌握螺旋测微器的读数方法．了解光电门测量瞬时速度的原理．实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面．