Question

I．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度為d，實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間△t．
（1）在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、

 

和

 

（用文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．
（2）本實(shí)驗(yàn)通過比較

 

和

 

在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等（用測(cè)量的物理量符號(hào)表示），從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．
II．某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏元件的電阻隨溫度變化的特性．現(xiàn)有器材：直流恒流電源（在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定并且可讀出其大�。�、電壓表、特測(cè)元件、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等．
（1）若用上述器材測(cè)量該元件的阻值隨溫度變化的特性，請(qǐng)你在答題紙對(duì)應(yīng)圖2中用筆連線畫出實(shí)物連接圖．
（2）實(shí)驗(yàn)的主要步驟：
a正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值；
b在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，記錄

 

和

 

，斷開開關(guān)；
c重復(fù)第b步操作若干次，測(cè)得多組數(shù)據(jù)．
（3）實(shí)驗(yàn)小組測(cè)得該元件在不同溫度下的阻值．并據(jù)此繪得上圖3的R-t關(guān)系圖線，請(qǐng)根據(jù)圖線寫出該元件的R-t關(guān)系式：R=

 

．
（4）由以上方法測(cè)得的電阻值比它的真實(shí)值偏

 

．
（5）如果實(shí)驗(yàn)室提供的恒定電流源的輸出電流為65mA，但沒有合適的電壓表，應(yīng)選用如下哪組器材測(cè)量熱敏元件上的電壓？

 

．（填序號(hào)）
A．電壓表V₁：量程3V、內(nèi)阻3kΩ，定值電阻R₁=6kΩ
B．電壓表V₂：量程5V、內(nèi)阻5kΩ，定值電阻R₂=10kΩ
C．電壓表V₃：量程10V、內(nèi)阻10kΩ，定值電阻R₃=1kΩ

Answer 1

分析：I、驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，看鉤碼重力勢(shì)能的減小量與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量是否相等．根據(jù)該關(guān)系，確定還需測(cè)量的物理量．
II．該實(shí)驗(yàn)需測(cè)出不同溫度下熱敏元件的電阻，電流已知，用電壓表測(cè)量熱敏元件兩側(cè)的電壓，從而得出電阻．根據(jù)R-t的關(guān)系圖線得出R與t的關(guān)系式．考慮到電壓表的內(nèi)阻，實(shí)際測(cè)量的是電壓表內(nèi)阻和熱敏元件的并聯(lián)電阻．根據(jù)恒定電流源的輸出電流得出熱敏元件在溫度較高時(shí)兩端的電壓，以及從減小誤差的角度分析，確定合適的器材．

解答：解：I、（1）需要測(cè)鉤碼重力勢(shì)能的減小量，所以需要測(cè)量滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，因?yàn)樵摼嚯x即為鉤碼下降的距離．因?yàn)橐獪y(cè)量系統(tǒng)動(dòng)能的增加量，所以還需測(cè)量滑塊的質(zhì)量M．
（2）因?yàn)轵?yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，所以看鉤碼重力勢(shì)能的減小量與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量是否相等，即看重力勢(shì)能的減小量mgs與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量

1

2

(M+m)(

d

△t

)2是否相等．
II．（1）直流恒流電源在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定并且可讀出其大小，電壓表并聯(lián)在熱敏元件兩側(cè)，實(shí)物圖連接如下圖．
（2）該實(shí)驗(yàn)需測(cè)出不同溫度下熱敏元件的電阻，所以需記錄電壓表的示數(shù)和溫度計(jì)的示數(shù)．
（3）根據(jù)R-t關(guān)系圖線，知R與t成線性關(guān)系，為R=100+1.6t．
（4）測(cè)量時(shí)認(rèn)為電壓表的示數(shù)與輸出電流的比值等于電阻的測(cè)量值，該值等于電壓表與熱敏元件的并聯(lián)電阻，小于真實(shí)值．
（5）根據(jù)歐姆定律，熱敏元件在溫度較高時(shí)兩端電壓大約為15V，三個(gè)電壓表量程都不夠，從電表改裝考慮，電壓表V₂和定值電阻R₂共同分擔(dān)的電壓可達(dá)到15V左右．故B正確．
故答案為：I．（1）滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，滑塊的質(zhì)量M．
（2）

1

2

(M+m)(

d

△t

)2、mgs           
II．（1）如圖
（2）電壓表示數(shù)，溫度計(jì)示數(shù)（3）100+1.6t（其中100±1，1.6±0.1均可）
（4）小  （5）B

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵搞清實(shí)驗(yàn)的原理，通過原理確定測(cè)量的物理量．以及會(huì)分析實(shí)驗(yàn)誤差，知道誤差的來源．