Question

（2012?昌平區(qū)二模）（1）某實驗小組利用拉力傳感器和打點(diǎn)計時器探究“動能定理”，如圖1示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，在小車的后面連接紙帶，通過打點(diǎn)計時器記錄小車的運(yùn)動情況，小車中可以放置砝碼．請把下面的實驗步驟補(bǔ)充完整．
實驗主要步驟如下：
①測量

小車

、砝碼和拉力傳感器的總質(zhì)量M，把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連，將紙帶連接小車并通過打點(diǎn)計時器，正確連接所需電路．
②將小車停在C點(diǎn)，在釋放小車

之前

（選填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，記錄細(xì)線拉力．
③在小車中增加砝碼，或減少砝碼，重復(fù)②的操作．
④處理數(shù)據(jù)．
實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車動能的增加量△E_k總是明顯小于拉力F做的功W，你認(rèn)為其主要原因應(yīng)該是上述實驗步驟中缺少的步驟是

平衡摩擦力

．
（2）小明同學(xué)為測量某金屬絲的電阻率，他截取了其中的一段，用米尺測出金屬絲的長度L，用螺旋測微器測得其直徑為D，用多用電表粗測其電阻約為R．
①該同學(xué)將米尺的0刻度線與金屬絲的左端對齊，從圖2甲）中讀出金屬絲的長度L=

190.0

mm．
②該同學(xué)用螺旋測微器測金屬絲的直徑，從圖2乙）中讀出金屬絲的直徑D=

0.680

mm．
③該同學(xué)選擇多用電表“×10”檔粗測金屬絲的電阻，從圖2丙）中讀出金屬絲的電阻R=

220

Ω．
④接著，該同學(xué)用伏安法盡可能精確地測出該金屬絲的電阻，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬絲的電阻率．實驗室提供的器材有：
A．直流電源E（電動勢4V，內(nèi)阻不計）
B．電流表A₁（量程0～3mA，內(nèi)阻約50Ω）
C．電流表A₂（量程0～15mA，內(nèi)阻約30Ω）
D．電壓表V₁（量程0～3V，內(nèi)阻10kΩ）
E．電壓表V₂（量程0～15V，內(nèi)阻25kΩ）
F．滑動變阻器R₁（阻值范圍0～15Ω，允許通過的最大電流2.0A）
G．滑動變阻器R₂（阻值范圍0～2kΩ，允許通過的最大電流0.5A）
H．待測電阻絲R_x，開關(guān)、導(dǎo)線若干
要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電流表應(yīng)選

C

，電壓表應(yīng)選

D

，滑動變阻器應(yīng)選

F

．（用器材前的字母表示即可）
⑤用圖3示的電路進(jìn)行實驗測得R_x，實驗時，開關(guān)S₂應(yīng)向

1

閉合（選填“1”或“2”）．
⑥請根據(jù)選定的電路圖，在如圖4示的實物上畫出連線（部分線已畫出）．

⑦（多選）在下列測定金屬絲的電阻率的幾個步驟中，錯誤的是

AF

．
A．先用米尺測出金屬絲的長度，再將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空拉直；
B．用螺旋測微器在不同位置測出金屬絲的直徑D各三次，求平均值

.

D

；
C．打開開關(guān)，將選好的實驗器材按圖3接成實驗電路；
D．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表和電壓表有合適的示數(shù)，讀出并記下這組數(shù)據(jù)；
E．改變滑動變阻器的滑鍵位置，重復(fù)進(jìn)行實驗，測出6組數(shù)據(jù)，并記錄在表格中；
F．分別計算出電流平均值（

.

I

）和電壓的平均值（

.

U

），再求出電阻的平均值

.

R

=

. U

. I

；
G．根據(jù)電阻定律計算出該金屬絲的電阻率．
⑧設(shè)金屬絲的長度為L（m），直徑的平均值為

.

D

（m），電阻的平均值為

.

R

（Ω），則該金屬絲電阻率的表達(dá)式為ρ=

πD2R

4L

．

Answer 1

分析：（1）探究動能定理實驗中，應(yīng)測出小車、砝碼與拉力傳感器的總質(zhì)量；實驗時先接通電源，再放開小車；合外力的功等于動能的變化，如果認(rèn)為拉力的功就是合外力的功，實驗前應(yīng)平衡小車受到的摩擦力，如果不平衡摩擦力，小車受到的合力是拉力與摩擦力的合力，由于小車在運(yùn)動過程中要克服摩擦力做功，小車的動能總小于拉力的功．
（2）①由圖示刻度尺確定其分度值，讀出其示數(shù)；
②螺旋測微器固定刻度與可動刻度示數(shù)之和是螺旋測微器的示數(shù)；
③歐姆表指針示數(shù)與倍率的乘積是歐姆表示數(shù)；
④根據(jù)最大電流選擇電流表，根據(jù)電源電動勢選擇電壓表，為方便實驗操作，在保證安全的前提下應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動變阻器．
⑤根據(jù)待測電阻阻值與電表內(nèi)阻的關(guān)系確定電流表的接法，然后選擇開關(guān)位置．
⑥根據(jù)電路圖連接實物電路圖；
⑦根據(jù)實驗注意事項分析答題；
⑧由電阻定律求出電阻率的表達(dá)式．

解答：解：（1）①測量小車、砝碼和拉力傳感器的總質(zhì)量M，把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連，將紙帶連接小車并通過打點(diǎn)計時器，正確連接所需電路．
②將小車停在C點(diǎn)，在釋放小車之前接通打點(diǎn)計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，記錄細(xì)線拉力．
④實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車動能的增加量△E_k總是明顯小于拉力F做的功W，這是因為在在實驗之前沒有平衡摩擦力造成的．
（2）①由圖甲所示刻度尺可知，其分度值為1mm，示數(shù)為19.00cm=190.0mm；
②由圖乙所示螺旋測微器可知，固定刻度示數(shù)為0.5mm，可動刻度示數(shù)為18.0×0.01mm=0.180mm，螺旋測微器的示數(shù)為0.5mm+0.180mm=0.680mm；
③由圖丙所示可知，電阻阻值為22×10Ω=220Ω；
④電路最大電流約為I=

E

R

=

4V

220Ω

≈0.018A=18mA，則電流表應(yīng)選C．電流表A₂（量程0～15mA，內(nèi)阻約30Ω）；電源電動勢是4V，則電壓表應(yīng)選D．電壓表V₁（量程0～3V，內(nèi)阻10kΩ）；為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選F．滑動變阻器R₁（阻值范圍0～15Ω，允許通過的最大電流2.0A）．
⑤

R

RA

=

220Ω

30Ω

≈7.3，

RV

R

=

10000Ω

220Ω

≈45.45，

RV

R

＞

R

RA

，電流表應(yīng)選擇外接法，因此開關(guān)S₂應(yīng)向1閉合；
⑥根據(jù)電路圖連接實物電路圖，如圖所示；
⑦實驗時應(yīng)把金屬絲固定在接線柱上，然后用刻度尺測量接入電路的電阻絲的長度，故A錯誤；
根據(jù)實驗測出的電壓值與對應(yīng)的電流值應(yīng)用歐姆定律求出電阻阻值，然后求出各電阻測量值的平均值作為電阻阻值，故F錯誤；
⑧電阻R=ρ

L

S

=ρ

L

π( D 2 )2

，則電阻率ρ=

πD2R

4L

．
故答案為：（1）①小車；②之前；④平衡摩擦力；（2）①190.0；②0.680；③220；④C；D；F；⑤1；⑥電路圖如圖所示；⑦AF；⑧

πD2R

4L

．

點(diǎn)評：（1）實驗前要平衡摩擦力，知道實驗原理與實驗注意事項即可正確解題．
（2）螺旋測微器固定刻度與可動刻度所示之和是螺旋測微器的示數(shù)；本題考查了實驗器材的選取，要掌握實驗器材的選取原則．