Question

（2010?豐臺區一模）（1）①某同學用下圖所示的實驗裝置進行“探究恒力做功與動能改變的關系”實驗，他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小實驗誤差，除了要求鉤碼的質量遠小于小車的質量外，在實驗中應該采取的必要措施是

平衡摩擦力

．

②打點計時器使用50Hz的交流電．下圖是鉤碼質量為0.03kg時實驗得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D、和E五個計數點，可獲得各計數點到O的距離S及對應時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結果填在表中的相應位置．

表：紙帶的測量結果

測量點	S（cm）	v（m/s）
O	0.00	0.35
A	1.51	0.40
B	3.20	0.45
C
E	9.41	0.60

③實驗測得小車的質量為0.22kg．此同學研究小車運動過程中A點到E點對應的拉力對小車做的功為0.023J，小車的動能變化為

0.022

J，這樣在實驗允許的誤差范圍內就說明“合力對物體做的功等于物體動能的變化”．
（2）某同學要測量一段未知材料電阻絲的電阻率，已知電阻絲的長度為L，電阻約為20Ω，可提供的器材有：
A．電流表G，內阻R_E=120Ω，滿偏電流I_E=3mA
B．電流表A，內阻約為0.2Ω，量程為0～250mA
C．螺旋測微器
D．電阻箱（0-9999Ω，0.5A）
E．滑動變阻器R_E（5Ω，1A）
F．干電池組（3V，0.05Ω）
G．一個開關和導線若干
他進行了以下操作：
①用螺旋測微器測量這段電阻絲的直徑．如圖1所示為螺旋測微器的示數部分，則該次測量測得電阻絲的直徑d=

0.266mm

．
②把電流表G與電阻箱串聯當作電壓表用．這塊“電壓表”最大能測量3V的電壓，則電阻箱的阻值應調為R₀=

880

Ω．
③設計實驗電路圖．圖2中虛線框里只是他設計的實驗電路圖的一部分，請將電路圖補畫完整．
④實驗電路連接．請根據設計的合理的電路圖進行正確的電路連線（圖3）．
⑤測量并計算電阻率．閉合開關，調節滑動變阻器的滑片到某確定位置，電流表G的示數為l₁，電流表A的示數為l₂．請用測得的物理量和已知量寫出計算電阻率的表達式ρ=

πd2I1(Rg-R0)

4L(I2-I1)

．

Answer 1

分析：（1）①本實驗要用勾碼的重力代替小車所受到的合力，具體實驗時注意兩點，一是鉤碼質量遠小于小車的質量，二是要平衡摩擦力；
②注意讀數時要進行估讀，由于小車做勻變速直線運動，根據時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度大小可以求出各點速度大小；
③根據△EK=

1

2

m

v

2 E

-

1

2

m

v

2 A

可以求出小車動能的變化情況．
（2）①螺旋測微器的讀數等于固定刻度讀數加上可動刻度讀數，在讀可動刻度讀數時需估讀．
②電流表改裝為大量程的電壓表，需串聯電阻起分壓作用，根據歐姆定律求出串聯電阻的阻值．
③將電流表外接誤差較小，因為改裝后的電壓表測量的是電阻絲的準確電壓，用電流表的電流減去電流表G的電流為通過電阻絲的準確電流．根據測量的誤差確定滑動變阻器的分壓還是限流接法．
④根據電路圖連接實物圖．
⑤通過歐姆定律、電阻定律求出電阻率的表達式．

解答：解：（1）①本實驗要用勾碼的重力代替小車所受到的合力，對小車受力分析，受到重力，拉力，支持力和摩擦力，要使拉力近似等于合力，可將長木板一段墊高，使重力的下滑分量恰好等于摩擦力，因為中間還有滑輪與軸之間的摩擦阻力，故拉力近似等于合力．故答案為：平衡摩擦力．
②根據刻度尺的讀數可知，S_C=5.06cm；
根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度大小可以求出C點是速度為：vc=

xBD

t

=

(7.15-3.20)cm

4×0.02

=49cm/s=0.49m/s
③同學研究小車運動過程中A點到E點小車的動能變化為：△EK=

1

2

m

v

2 E

-

1

2

m

v

2 A

=0.022J
（2）：①螺旋測微器的讀數為：0+0.01×26.6mm=0.266mm．
②根據歐姆定律得，Rx=

Umax

Imax

-Rg=

3

3×10-3

-120=880Ω．
③電流表采取外接法測量誤差較小，因為改裝后的電壓表測量的是電阻絲的準確電壓，用電流表的電流減去電流表G的電流為通過電阻絲的準確電流．若限流，電壓表變化范圍約在2.4V-3V之間，誤差較大．所以采用滑動變阻器分壓式接法誤差較小．電路圖如下圖．
④實物連線圖如下圖．
⑤根據歐姆定律得，Rx=

I1(Rg+R0)

I2-I1

，根據電阻定律得，Rx=

ρL

S

=

ρL

π( d 2 )2

，聯立兩式得，ρ=

πd2I1(Rg-R0)

4L(I2-I1)

．
故答案為：（1）①平衡摩擦力；②5.06（5.05～5.07都對），0.49；③0.022
（2）①0.266mm（0.265～0.267都對）；②880Ω；③電路連接如圖．④實物圖如下；
⑤ρ=

πd2I1(Rg-R0)

4L(I2-I1)

．

點評：通過實驗來探究物體的動能定理，可以將該實驗與探究力、加速度、質量之間關系的實驗進行類比學習，擴展思維，培養知識的綜合應用能力．