(一)電壓表是測(cè)定電路兩端電壓的儀表,理想電壓表的內(nèi)阻可視為無(wú)限大,但實(shí)際使用的電壓表的內(nèi)阻并不是無(wú)限大.為了測(cè)定某一電壓表的內(nèi)阻,給出了以下器材:
A.待測(cè)電壓表(0~3V,內(nèi)阻在3.5kΩ~4.5kΩ之間);
B.電流表(0~1mA);C.滑動(dòng)變阻器(0~50Ω);
D.開(kāi)關(guān);E.電源(1.5V的干電池兩節(jié));F.導(dǎo)線(xiàn)若干
要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù),利用作圖法求電壓表的內(nèi)阻.
(1)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路圖,但根據(jù)電路圖正確連接實(shí)物后,在實(shí)際測(cè)量時(shí),發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,電壓表和電流表的示數(shù)都幾乎不發(fā)生變化,請(qǐng)你簡(jiǎn)述他在設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
 

(2)請(qǐng)你另外設(shè)計(jì)一個(gè)電路圖,畫(huà)在圖2所示的方框內(nèi).
(3)根據(jù)你設(shè)計(jì)的電路圖,將圖3中實(shí)物連接起來(lái).
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(二)有一學(xué)生要研究輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧長(zhǎng)度改變量的關(guān)系,他的實(shí)驗(yàn)如下:在離地面高度為h的光滑水平桌面上,沿著與桌子邊緣垂直的方向放置一輕質(zhì)彈簧,其左端固定,右端與質(zhì)量為m的一小鋼球接觸.當(dāng)彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí),小鋼球恰好在桌子邊緣.如圖4所示,讓鋼球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放,使鋼球沿水平方向射出桌面,小球在空中飛行后落到水平地面,水平距離為S.
(1)請(qǐng)你推導(dǎo)出彈簧的彈性勢(shì)能EP與小鋼球質(zhì)量m、桌面離地面高度h、水平距離s等物理量的關(guān)系式:
 

(2)彈簧長(zhǎng)度的壓縮量x與對(duì)應(yīng)的鋼球在空中飛行的水平距離S的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示:
彈簧長(zhǎng)度壓縮量x(cm) 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75
鋼球飛行水平距離s(m) 1.01 1.50 2.01 2.48 3.01 3.50
從上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)你猜測(cè)彈簧的彈性勢(shì)能EP與彈簧長(zhǎng)度的壓縮量x之間有何關(guān)系?為什么?
 
分析:(一)因?yàn)榇郎y(cè)電壓表的內(nèi)阻RV遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻值50Ω,所以變阻器的限流作用幾乎為零,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法.
(二)(1)彈簧彈開(kāi)小球的過(guò)程中,彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能,根據(jù)動(dòng)能定律和平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,就可以推導(dǎo)出彈簧的彈性勢(shì)能EP與小鋼球質(zhì)量m、桌面離地面高度h、水平距離s等物理量的關(guān)系式.
解答:解:(一)(1)因?yàn)榇郎y(cè)電壓表的內(nèi)阻RV遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻值50Ω,所以變阻器的限流作用幾乎為零.
(2)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,所以正確的電流圖如圖11所示.
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(3)對(duì)照實(shí)驗(yàn)原理圖,逐步連接實(shí)驗(yàn)電路.實(shí)物連線(xiàn)如圖12所示
(二)(1)彈簧彈開(kāi)小球的過(guò)程中,彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能,得:EP=EK=
1
2
mv2

小球離開(kāi)桌面后做平拋運(yùn)動(dòng),水平方向:s=vt
豎直方向:h=
1
2
gt2

聯(lián)立以上3式,得:EP=
mgs2
4h
;        
(2)與X2成正比.因?yàn)閺谋碇锌梢钥闯,S與X成正比、所以S2與X2成正比,由EP=
mgs2
4h
的關(guān)系式可證明EP與X2成正比.   
故答案為:
(一)(1)因?yàn)榇郎y(cè)電壓表的內(nèi)阻RV遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻值50Ω,所以變阻器的限流作用幾乎為零.(2)實(shí)驗(yàn)原理圖如圖;(3)實(shí)物連接圖如圖;
(二)(1)EP=
mgs2
4h
;(2)與X2成正比.因?yàn)閺谋碇锌梢钥闯觯琒與X成正比、所以S2與X2成正比,由EP=
mgs2
4h
的關(guān)系式可證明EP與X2成正比.
點(diǎn)評(píng):本題考查了測(cè)電壓表內(nèi)電阻的實(shí)物圖連接、電表讀數(shù)變化以及電壓表的內(nèi)阻求解等問(wèn)題,本題對(duì)能力要求較高,有一定的難度,知道測(cè)電阻的原理、知道電壓表示數(shù)是它自己兩端的電壓是正確解題的前提與基礎(chǔ).
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