Question

（2012?西城区二模）实验题
（1）甲乙两个同学共同做“验证牛顿第二定律”的实验，装置如图所示．

①两位同学用砝码盘（连同砝码）的重力作为小车（对象）受到的合外力，需要平衡桌面的摩擦力对小车运动的影响．他们将长木板的一端适当垫高，在不挂砝码盘的情况下，小车能够自由地做

匀速直线

运动．另外，还应满足砝码盘（连同砝码）的质量m

远小于

小车的质量M．（填“远小于”、“远大于”或“近似等于”）
接下来，甲同学研究：在保持小车的质量不变的条件下，其加速度与其受到的牵引力的关系；乙同学研究：在保持受到的牵引力不变的条件下，小车的加速度与其质量的关系．
②甲同学通过对小车所牵引纸带的测量，就能得出小车的加速度a．图2是某次实验所打出的一条纸带，在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图中数据的单位是cm．实验中使用的电源是频率f=50Hz的交变电流．根据以上数据，可以算出小车的加速度a=

0.343

m/s²．（结果保留三位有效数字）
③乙同学通过给小车增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出a～

1

M

图线后，发现：当

1

M

较大时，图线发生弯曲．于是，该同学后来又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象．那么，该同学的修正方案可能是

A

A．改画a与

1

M+m

的关系图线       B．改画a与（M+m）的关系图线
C．改画 a与

m

M

的关系图线         D．改画a与

1

(M+m)2

的关系图线
（2）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，采用如图3所示的电路．
①请根据图3在图4中进行实物连线．

②某同学在实验中得到下面一组U和I的数据：

序号	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

图5是该同学根据实验数据描绘出的伏安特性曲线．从图线上可以看出，当通过小灯泡的电流逐渐增大时，灯丝的阻值逐渐

增大

；这表明灯丝的电阻率随温度升高而

增大

．（以上两空均选填“增大”、“不变”或“减小”）
③将本实验中的小灯泡两端加3.0V的电压，则小灯泡的实际功率约为

0.81（0.80～0.82）

W；若直接接在电动势为3.0V、内阻为2.0Ω的直流电源两端，则小灯泡的实际功率约为

0.62（0.60～0.64）

W．（以上两空的结果均保留两位有效数字）

Answer 1

分析：（1）题的关键是分别对小车和砝码盘列出牛顿第二定律方程，即可知道绳子拉力就是砝码重力的条件以及图象弯曲的原因；
（2）题的难点是当小灯泡接在电源两端时消耗的功率的求法，方法是将表示电源的U-I图象与表示导体的U-I图象画在同一个图象中，两图线的交点表示该导体接在电源两端后对应的电流和电压，再用P=UI求出小灯泡的实际功率．

解答：解：（1）①在验证牛顿第二定律实验中，平衡摩擦力时要求在不挂砝码盘的情况下，小车能够自由地做匀速直线运动运动，这样小车受到的拉力才为合力，另外，还应满足砝码盘（连同砝码）的质量m远小于小车的质量M，这样绳子拉力才近似等于砝码盘（连同砝码）的重力．
②△S=a

t

2

，将纸带分为两部分，

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分别对小车与砝码列出牛顿第二定律，对小车有F=Ma，对砝码有F-mg=ma，两式联立可得a=

mg

M+m

=

1

M+m

．mg，故若改画a-

1

M+m

图线，则斜率一定，故该同学的修正方案是A．
（2）①实物连线如图

②根据欧姆定律R=

U

I

，因U-I图象上的一点与原点的连线的斜率即为电阻R，可见当通过小灯泡的电流逐渐增大时，灯丝的阻值逐渐增大；这表明灯丝的电阻率随温度升高而增大．
③根据小灯泡的U-I图线可读出U=3V时对应的电流I=0.27A，由P=UI得小灯泡的实际功率为P=3×0.27W=0.81W（0.80～0.82均可），若直接接在电动势为3.0V、内阻为2.0Ω的直流电源两端，则在小灯泡的U-I图象上再做出表示电源的U-I图象，两图线的交点坐标为I=0.24A，U=2.6V，则小灯泡的实际功率约为P=UI=2.6×0.24W=0.62W（0.60～0.64）
故答案为（1）①匀速直线，远小于，②0.343，③A．
         （2）①如图，②增大，增大，③0.81（0.80～0.82），0.62（0.60～0.64）

点评：对牛顿第二定律实验中要明确平衡摩擦力的原因和要求满足砝码总质量远小于小车质量的理由；要明确表示导体的U-I图象与表示电源的U-I图象的区别及应用．