Question

（1）某同學在探究影響單擺周期的因素時有如下操作，請判斷是否恰當（填“是”或“否”）．
①把單擺從平衡位置拉開約5°釋放；______
②在擺球經過最低點時啟動秒表計時；______
③把秒表記錄擺球一次全振動的時間作為周期．______
該同學改進測量方法后，得到的部分測量數據見表．
用螺旋測微器測量其中 一個擺球直徑的示數見圖1．該球的直徑為______mm．根據表中數據可以初步判斷單擺周期隨______的增大而增大
（2）硅光電池是一種可將光能轉換為電能的器件．某同學用圖2所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關系．圖中R為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表．
①請根據圖2，用筆畫線代替導線將圖3中的實驗器材連接成實驗電路．
②若電壓表V₂的讀數為U，則I=______mA；
③實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，調節滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線a．見圖4，由此可知電池內阻______ （填“是”或“不是”）常數，短路電流為______mA，電動勢為______V．
④實驗二：減小實驗一中光的強度，重復實驗，測得U-I曲線b，見圖4．當滑動變阻器的電阻為某值時，若實驗一中的路端電壓為1.5V．則實驗二中外電路消耗的電功率為______mW（計算結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據實驗要求：小球的偏角α在很小（α＜5°）時，小球的振動才近似看成簡諧運動．在擺球經過最低點時開始計時，產生的時間誤差較小．把秒表記錄擺球一次全振動的時間作為周期，誤差較大，應采用累積法測量周期．螺旋測微器固定刻度最小分度為1mm，可動刻度每一分度表示0.01mm，由固定刻度讀出整毫米數包括半毫米數，由可動刻度讀出毫米的小數部分．
（2）根據歐姆定律求出電流表達式．根據圖象與兩個坐標軸交點的物理意義求解短路電流和電動勢．由實驗一中的路端電壓為U₁=1.5V讀出此時電路中電流為I₁，將（I₁，U₁）點與原點連成直線，和圖線b的交點為實驗二中的路端電壓和電路電流，求出功率．
解答：解：
（1）單擺作簡諧運動要求擺角小，單擺從平衡位置拉開約5°釋放；因為最低點位置固定，小球經過最低點時，相同的空間尺雨誤差，產生的時間誤差較小．所以在最低點啟動秒表計時；擺球一次全振動的時間太短、誤差大，應采用累積法測多個周期的時間求平均值；表中數據可以初步判斷單擺周期隨擺長的增大而增大．
（2）①見圖；
     ②根據歐姆定律可知I=；
     ③路端電壓U=E-Ir，若r為常數、則U-I圖為一條不過原點的直線，由曲線a可知電池內阻不是常數；
     當U=0時的電流為短路電流、約為I=295μA=0.295mA；
     當電流I=0時路端電壓等于電源電動勢E、約為2.67V；
    ④實驗一中的路端電壓為U₁=1.5V時電路中電流為I₁=0.21mA，連接a中點（0.21mA、1.5V）和坐標原點，此直線外電路電阻（此時電阻不變）的U-I圖，和圖線b的交點為實驗二中的路端電壓和電路電流．
     如圖，電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，則外電路消耗功率為P=UI=0.068 mW．
故本題答案是：
（1）①是，②是，③否，20.685，擺長
（2）①見上圖
     ②
     ③不是，0.295，2.67
     ④0.065
點評：本題難點在于第（2）問中④小問，技巧是作出電阻的伏安特性曲線與電源的外特性曲線，兩者的交點即為這電阻接在電源上的工作狀態．