Question

I．某实验小组利用如图1所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t．
（1）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、

 

和

 

（用文字说明并用相应的字母表示）．
（2）本实验通过比较

 

和

 

在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．
II．某实验小组探究一种热敏元件的电阻随温度变化的特性．现有器材：直流恒流电源（在正常工作状态下输出的电流恒定并且可读出其大小）、电压表、特测元件、保温容器、温度计、开关和导线等．
（1）若用上述器材测量该元件的阻值随温度变化的特性，请你在答题纸对应图2中用笔连线画出实物连接图．
（2）实验的主要步骤：
a正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；
b在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，记录

 

和

 

，断开开关；
c重复第b步操作若干次，测得多组数据．
（3）实验小组测得该元件在不同温度下的阻值．并据此绘得上图3的R-t关系图线，请根据图线写出该元件的R-t关系式：R=

 

．
（4）由以上方法测得的电阻值比它的真实值偏

 

．
（5）如果实验室提供的恒定电流源的输出电流为65mA，但没有合适的电压表，应选用如下哪组器材测量热敏元件上的电压？

 

．（填序号）
A．电压表V₁：量程3V、内阻3kΩ，定值电阻R₁=6kΩ
B．电压表V₂：量程5V、内阻5kΩ，定值电阻R₂=10kΩ
C．电压表V₃：量程10V、内阻10kΩ，定值电阻R₃=1kΩ

Answer 1

分析：I、验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒，看钩码重力势能的减小量与系统动能的增加量是否相等．根据该关系，确定还需测量的物理量．
II．该实验需测出不同温度下热敏元件的电阻，电流已知，用电压表测量热敏元件两侧的电压，从而得出电阻．根据R-t的关系图线得出R与t的关系式．考虑到电压表的内阻，实际测量的是电压表内阻和热敏元件的并联电阻．根据恒定电流源的输出电流得出热敏元件在温度较高时两端的电压，以及从减小误差的角度分析，确定合适的器材．

解答：解：I、（1）需要测钩码重力势能的减小量，所以需要测量滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，因为该距离即为钩码下降的距离．因为要测量系统动能的增加量，所以还需测量滑块的质量M．
（2）因为验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒，所以看钩码重力势能的减小量与系统动能的增加量是否相等，即看重力势能的减小量mgs与系统动能的增加量

1

2

(M+m)(

d

△t

)2是否相等．
II．（1）直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定并且可读出其大小，电压表并联在热敏元件两侧，实物图连接如下图．
（2）该实验需测出不同温度下热敏元件的电阻，所以需记录电压表的示数和温度计的示数．
（3）根据R-t关系图线，知R与t成线性关系，为R=100+1.6t．
（4）测量时认为电压表的示数与输出电流的比值等于电阻的测量值，该值等于电压表与热敏元件的并联电阻，小于真实值．
（5）根据欧姆定律，热敏元件在温度较高时两端电压大约为15V，三个电压表量程都不够，从电表改装考虑，电压表V₂和定值电阻R₂共同分担的电压可达到15V左右．故B正确．
故答案为：I．（1）滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M．
（2）

1

2

(M+m)(

d

△t

)2、mgs           
II．（1）如图
（2）电压表示数，温度计示数（3）100+1.6t（其中100±1，1.6±0.1均可）
（4）小  （5）B

点评：解决本题的关键搞清实验的原理，通过原理确定测量的物理量．以及会分析实验误差，知道误差的来源．