问题 问答题

(1)某课外小组利用重锤自由下落探究外力做功与物体动能变化的关系.将打点计时器固定在铁架台上,让重锤带着纸带由静止自由下落,打点计时器在纸带上打下系列  的点.实验中挑选出一条点迹清晰的纸带如图所示,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,用直尺量得AB=2.1mm、BC=5.9mm、CD=9.8mm、DE=13.7mm、EF=17.5mm.

当地重力加速度为g=9.80m/s2.用天平称出重锤的质量是m=1.OOkg.则纸带上面B点到E点所对应的过程中,重力对重锤所做的功为W=______J;重锤动能的变化量△EK=______J;根据以上计算所得到的实验结论是______(计算结果均保留三位有效数字)

(2)为了测量电阻Rx的阻值,实验室备有下列器材:

A.待测电阻Rx,阻值约为200Ω

B.直流电源,电动势约为3V,内电阻约为0.5Ω

C.电流表A1,量程1OmA,内阻r=80Ω

D.电流表A2,量程20mA,内阻约为30Ω

E.定值电阻R0=100Ω

F.滑动变阻器R,最大阻值为20Ω,额定电流1.0A

G.单刀单掷开关一个,导线若干

①为尽量准确地测出Rx的阻值,甲、乙、丙三位同学设计了三种实验电路.如图所示,你认为正确的是______.(填“甲”、“乙”或“丙”).

②开始实验时,在合上开关S前.滑动变阻器的滑动触头应置于.端(填“a”或“b”).

③按所选的电路进行测量,读出电流表A1的示数为I1,电流表A2的示数为I2.推导出计算Rx的表达式为Rx=______.

答案

(1)B点到E点所对应的过程中,重力对重锤所做的功为W=mg(BC+CD+DE)=0.288J,

B点速度

v B
=
AB+BC
2
1
f
,E点速度
v E
=
DE+EF
2
1
f
,重锤动能变化量为
△E k
=
1
2
m
v2E
-
1
2
mv2B
,代入数据解得
△E k
=0.284J,

可见在误差允许的范围内,合外力所做的功等于物体动能的变化.

(2)①若采用甲电路:电流表

A 1
R 0
的总电压为
U 1
=
I 1
(r 1
+R 0
)
=1.8V,电流表
A 2
R x
的总电压为
U 2
=
I 2
(r 2
+R x
)
=4.6V,二者相差太大,所以甲图不合适.

若采用乙电路:通过

R x
的最大电流为
I x
=
I 1
(
R 0
+r 1
)
R x
=9mA,与电流表
A 1
量程10mA接近,所以乙电路较合理.

若采用丙电路:由于

A 1
的量程小于
A 2
的量程,显然丙电路不合理.

综上所述正确的电路应是乙.

②为保护电流表,合上开关S前,滑动变阻器的滑动触头应置于b端.

③由图乙根据欧姆定律可得

I 2
=
I 1
+
I 1
(R 0
+r 1
)
R x
,解得
R x
=
I 1
(R 0
+r 1
)
I 2
-I 1
   

故答案为:(1)0.288,0.284,在误差允许的范围内,合外力所做的功等于物体动能的变化

         (2)①乙,②b,③

I 1
(R 0
+r 1
)
I 2
-I 1
   

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