Question

請(qǐng)完成以下兩小題．
（1）某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．若你是小組中的一位成員，要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，則：
①你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有

 

．
②實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是

 

，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是

 

．
③在②的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M．往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m．讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

 

用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的物理量）．
（2）2010年世博會(huì)在上海舉行，本次世博會(huì)大量采用低碳環(huán)保技術(shù)，太陽能電池用作照明電源是其中的亮點(diǎn)之一．硅光電池是太陽能電池的一種，某同學(xué)為了測(cè)定該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，設(shè)計(jì)了如圖甲所示電路．圖中與A₁串聯(lián)的定值電阻的阻值為R₀，電流表視為理想電表，在一定強(qiáng)度的光照下進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
①閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讀出電流表A₁、A₂的值I₁、I₂．為了作出此電池的
U-I曲線，需要計(jì)算出電路的路端電壓U，則U=

 

（用題中所給字母表示）
②根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出該硅光電池的U-I圖象如圖乙所示，該電池的電動(dòng)勢(shì)E=

 

V，在流過電流表A₂的電流小于200mA的情況下，此電池的內(nèi) 阻r=

 

Ω；
③若將該硅光電池兩端接上阻值為6Ω的電阻，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電池內(nèi) 阻r=

 

Ω．

Answer 1

分析：（1）①由題意知，該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證拉力做的功與滑塊動(dòng)能的變化是否相等，從而驗(yàn)證動(dòng)能定理．在所需的器材中缺少測(cè)量器材，如：物體的質(zhì)量需要天平，紙帶處理求速度需要刻度尺．
    ②實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等
對(duì)滑塊：T=Ma
對(duì)沙桶：mg-T=ma
解得：T=

Mmg

M+m

=

mg

1+ m M

，知，m遠(yuǎn)小于M，拉力基本等于 沙和沙桶的總重力．
該實(shí)驗(yàn)中，未考慮摩擦力，所以實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力．
③該實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證滑塊動(dòng)能的變化和所受的合力功是否相等．
（2）①理想電流表和定值電阻構(gòu)成一電壓表，可測(cè)量外電壓．
    ②在硅光電池的U-I圖象，當(dāng)I=0，U=E，圖線斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻．
    ③通過作圖求解，作出電阻為6Ω它兩端的電壓和通過它電流的圖線，與圖乙中U-I圖線有交點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓電流表示硅光電池兩端接上阻值為6Ω的電阻時(shí)的電壓和電流．

解答：解：（1）①測(cè)量滑塊、沙和沙桶的質(zhì)量需要天平，紙帶處理需要測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離需要刻度尺．
   ②對(duì)滑塊：T=Ma，對(duì)沙桶：mg-T=ma解得：T=

Mmg

M+m

=

mg

1+ m M

，知，m遠(yuǎn)小于M，拉力基本等于 沙和沙桶的總重力．該實(shí)驗(yàn)中，未考慮摩擦力，所以實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力．
  ③該實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證滑塊動(dòng)能的變化和所受的合力功是否相等，所以最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

（2）①理想電流表和定值電阻構(gòu)成一電壓表，可測(cè)量外電壓．所以U=I₁R₀．
     ②在硅光電池的U-I圖象，當(dāng)I=0，U=E，圖線斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻．所以E=2.9V，在流過電流表A₂的電流小于200mA的情況下，此電池的內(nèi)阻r=4.0Ω．
    ③作出6Ω定值電阻的U-I圖線，是一條過原點(diǎn)的直線，該直線與圖乙中電源的外電壓和電流圖線有交點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓、電流表示硅光電池兩端接上阻值為6Ω的電阻時(shí)的電壓和電流．所以r=

E-U

I

=5.6Ω．
故本題答案為：（1）①天平，刻度尺②沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力③mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

（2）①I₁R₀②2.9，4.0③5.6．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握驗(yàn)證“動(dòng)能定理”和測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理．