Question

（2013?潮州二模）（Ⅰ）某實驗小組設計了如圖（a）所示的實驗裝置研究加速度和力的關系．
實驗裝置主要部件為位移傳感器的發射器和接收器，分別固定在軌道右端和小車上；通過傳感器測定兩者間位移變化，從而測出小車的加速度．

（1）在該實驗中采用的方法是

控制變量法

：保持小車的總質量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力，用傳感器測小車的加速度．通過改變鉤碼的數量，多次重復測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖象．
該實驗小組在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖 （b）所示，可知在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的圖線是

①

 （選填“①”或“②”）．
（2）隨著鉤碼的數量逐漸增大，圖（b）中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是

C

．
A．小車與軌道之間存在摩擦
B．導軌保持了水平狀態
C．所掛鉤碼的總質量太大
D．所用小車的質量太大
（Ⅱ）（1）某同學想測繪標有“3.8V 0.4A”字樣的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象，除了導線和開關外，有下列一些器材可供選擇：
A．電源E（電動勢為4V，內阻約為0.04Ω）．
B．電壓表V₁ （量程為5V，內阻約為5kΩ）；
C．電流表A₁ （量程為100mA，內阻約為2Ω）；
D．電流表A₂ （量程為0.6A，內阻約為0.3Ω）；
E．滑動變阻器R₁（最大阻值為5Ω）；
F．滑動變阻器R₂（最大阻值為100Ω）；
G．開關及導線若干
為了調節方便，測量準確，實驗中應選用電流表

D

，滑動變阻器

E

 （填器材前面的選項代號）
（2）選好器材后，該同學按照該實驗要求連接電路，請完成圖甲中的實物連線．
（3）該同學根據實驗數據，計算并描繪出R-U的圖象如圖乙所示．由圖象可知，此燈泡在不工作時，燈絲的電阻為

1.5

Ω；
（4）任何實驗過程中均存在誤差，已知本實驗中所用的測量儀器均已校準．下列有關誤差的說法中正確的是

CD

．
A．該實驗中的誤差來源主要是電流表的分壓作用；
B．由于電表內阻引起的誤差屬于偶然誤差，可以通過作圖法消除；
C．若將電表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統誤差；
D．用R-U圖象處理數據，可以有效的消除由于讀數引起的失誤．

Answer 1

分析：Ⅰ、研究加速度與力的關系實驗中，應采用控制變量法；在實驗前要平衡摩擦力，如果不平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，則a-F圖象在F軸上有截距；只有當小車質量遠大于鉤碼質量時才可近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，如果鉤碼質量太大，小車受到的拉力明顯小于鉤碼重力，a-F圖象不是直線，要發生彎曲．
Ⅱ（1）根據燈泡額定電流選擇電流表，在保證安全的前提下，為方便實驗操作應選最大阻值較小的滑動變阻器．
（2）描繪燈泡電阻隨電壓的變化關系，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，根據燈泡電阻與電表內阻的關系確定電流表的接法，然后連接實物電路圖．
（3）由圖象可以求出燈泡不工作時的電阻阻值．
（4）根據實驗分析實驗誤差，應用圖象法處理實驗數據可以消除偶然誤差．

解答：解：Ⅰ、（1）在該實驗中采用的方法是控制變量法：保持小車的總質量不變，
用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力，用傳感器測小車的加速度．
通過改變鉤碼的數量，多次重復測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖象．
軌道右側抬高成為斜面，平衡摩擦力，得到的a-F圖象為①所示圖線．
（2）隨著鉤碼的數量逐漸增大，圖（b）中的圖線明顯偏離直線，
造成此誤差的主要原因是：C．所掛鉤碼的總質量太大．
Ⅱ、（1）燈泡額定電流為你0.4A，則電流表可選D、電流表A₂ （量程為0.6A，內阻約為0.3Ω）；
兩個滑動變阻器都能保證安全，為方便實驗操作，滑動變阻器可選：E、滑動變阻器R₁（最大阻值為5Ω）；
（2）滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡電阻約為R=

U

I

=

3.8V

0.4A

=9.5Ω，

R

RA

=

9.5Ω

0.3Ω

≈32，

RV

R

=

5000Ω

9.5Ω

≈526，

RV

R

＞

R

RA

，則電流表應采用外接法，電路圖如圖所示；
（3）由圖乙所示圖象可知，此燈泡在不工作時，燈絲的電阻為1.5Ω；
（4）A、該實驗中的誤差來源主要是電壓表的分流作用，故A錯誤；
B、由電表內阻引起的誤差屬于系統誤差，不能通過作圖法消除，故B錯誤；
C、若將電表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統誤差，故C正確；
D、用R-U圖象處理數據，可以有效的消除由于讀數引起的失誤，故D正確；故選CD．
故答案為：（Ⅰ）（1）控制變量法；①；（2）C；（Ⅱ）（1）D；E；（2）如圖所示；（3）1.5Ω；（4）CD．

點評：（1）實驗時要注意平衡摩擦力，注意小車質量遠大于鉤碼質量，注意控制變量法的應用．
（2）確定滑動變阻器接法與電流表接法是正確連接電路圖的前提與關鍵．