Question

11．一研究性學(xué)習(xí)小組采用圖1示實驗裝置來探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”．圖1中A為小車，B為打點計時器，C為彈簧測力計，P為小桶（內(nèi)有細(xì)沙），一端帶有定滑輪的足夠長的木板水平放置．實驗前，把長木板不帶滑輪的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�以平衡摩擦力．實驗時，先接通電源再松開小車，并記下小車運動過程中彈簧測力計的示數(shù)作為小車所受的合力．

（1）本實驗中是否要滿足小桶（含內(nèi)部細(xì)沙）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量否．（填“是”或“否”）
（2）實驗中得到的一條紙帶如圖2所示，打點計時器使用的電源頻率為50Hz，紙帶上相鄰兩個計數(shù)點之間有四個計時點未畫出，測量可得2、4點間距離為16.0mm，4、6點間距離為32.1mm，6、8點間距離為48.0mm，8、10點間距離為64.1mm，則小車的加速度為0.4m/s²．
（3）實驗室購買了一捆標(biāo)稱長度為100m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過實驗測其實際長度．該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0mm²，查得銅的電阻率為1.7×10^-8Ω•m，再利用圖3示電路測出銅導(dǎo)線的電阻R_x，從而確定導(dǎo)線的實際長度．
可供使用的器材有：
電流表：量程0.6A，內(nèi)阻約0.2Ω；
電壓表：量程3V，內(nèi)阻約9kΩ；
滑動變阻器R₁：最大阻值5Ω；
滑動變阻器R₂：最大阻值20Ω；
定值電阻：R₀=3Ω；
電源：電動勢6V，內(nèi)阻可不計；
開關(guān)、導(dǎo)線若干．
回答下列問題：
①實驗中滑動變阻器應(yīng)選R₂（選填“R₁”或“R₂”），閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至a端（選填“a”或“b”）．
②在實物圖4中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)實驗電路圖完成剩余部分的連接．

③調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50A時，電壓表示數(shù)如圖5所示，讀數(shù)為2.30V．
④導(dǎo)線實際長度為94m（保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）本實驗不需要滿足小桶（含內(nèi)部沙子）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小；
（3）①本實驗采用限流法測電阻，所以滑動變阻器的最大阻值應(yīng)為R₀和R_x總阻值的4倍以上，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至阻值最大處；
②根據(jù)實驗電路圖，連接實物圖；
③根據(jù)圖乙讀出電壓，注意估讀；
④根據(jù)歐姆定律及電阻定律即可求解

解答 解：（1）本實驗不需要用小桶（含內(nèi)部沙子）的重力代替繩子的拉力，所以不需要滿足小桶（含內(nèi)部沙子）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，得：
x₃-x₁=2a₁T² 
x₄-x₂=2a₂T² 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對兩個加速度取平均值，得：a=$\frac{1}{2}$（a₁+a₂）
代入數(shù)據(jù)得：a=$\frac{{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}}{（2T）^{2}}$=$\frac{0.048+0.0641-0.016-0.0321}{4×0．{1}^{2}}$m/s²=0.4m/s²；
（3）①本實驗采用限流法測電阻，所以滑動變阻器的最大阻值應(yīng)為R₀和R_x總阻值的4倍以上，R₀=3Ω，所以滑動變阻器選R₂，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至阻值最大處，即a處；
②根據(jù)實驗電路圖，連接實物圖，如圖所示：
③根據(jù)圖乙讀出電壓U=2.30V，
④根據(jù)歐姆定律得：R₀+R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.30}{0.5}$=4.6Ω
解得：R_x=1.6Ω
根據(jù)電阻定律得：
R_x=ρ$\frac{L}{S}$
解得：L=$\frac{{R}_{x}S}{ρ}$=$\frac{1.6×1×1{0}^{-6}}{1.7×1{0}^{-8}}$=94m
故答案為：（1）否； （2）0.4；
（3）①R₂，a；  ②如圖所示；  ③2.30； ④94．

點評 本實驗不需要滿足小桶（含內(nèi)部沙子）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量這個條件；并掌握利用作差法求解加速度的方法；
同時還考查了電學(xué)元件選取原則和歐姆定律及電阻定律的直接應(yīng)用，能根據(jù)電路圖連接實物圖，難度適中．