Question

（1）如圖1所示，在水平放置的光滑金屬板中點(diǎn)的正上方有一帶正電的點(diǎn)電荷Q，一表面絕緣帶正電的金屬小球（可視為質(zhì)點(diǎn)，且不影響原電場(chǎng)）以速度v₀在金屬板上自左端向右端運(yùn)動(dòng)，小球做

勻速直線

運(yùn)動(dòng)；受到的電場(chǎng)力做的功為

0

．

（2）某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A、B，滑塊P上固定一寬度為d的遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會(huì)輸出電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連．滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時(shí)，通過計(jì)算機(jī)可以得到如圖2乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象．
①實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖2乙中的△t₁

=

△t₂（選填“＞”、“=”或“＜”）時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
②滑塊P用細(xì)線跨過定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖2甲所示位置釋放，通過計(jì)算機(jī)得到如圖2乙所示圖象，若△t₁、△t₂、d和m已知，要驗(yàn)證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測(cè)出的物理量是

滑塊的質(zhì)量

和

兩光電傳感器間距離

．
（3）某金屬材料制成的電阻Rr阻值隨溫度變化而變化，為了測(cè)量Rr在0到100℃之間的多個(gè)溫度下的電阻阻值．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路．其中A為量程為1mA、內(nèi)阻忽略不計(jì)的電流表，E為電源，R₁為滑動(dòng)變阻器，R_B為電阻箱，S為單刀雙擲開關(guān)．
①完成下面實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：
a．調(diào)節(jié)溫度，使得Rr的溫度達(dá)到T₁，
b．將S撥向接點(diǎn)l，調(diào)節(jié)

滑動(dòng)變阻器

，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時(shí)電流表的讀數(shù)I；
c．將S撥向接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)

電阻箱

，使

電流表示數(shù)為I

，記下此時(shí)電阻箱的讀數(shù)R₀；
d．則當(dāng)溫度為T₁時(shí)，電阻Rr=

R₀

：
e．改變R_r的溫度，在每一溫度下重復(fù)步驟②③④，即可測(cè)得電阻溫度隨溫度變化的規(guī)律．
②由上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得該金屬材料制成的電阻Rr隨溫度t變化的圖象如4圖甲所示．若把該電阻與電池（電動(dòng)勢(shì)E=1.5V，內(nèi)阻不計(jì)）、電流表（量程為5mA、內(nèi)阻Rg=100Ω）、電阻箱R′串聯(lián)起來，連成如圖4乙所示的電路，用該電阻作測(cè)溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個(gè)簡(jiǎn)單的“金屬電阻溫度計(jì)”．
a．電流刻度較大處對(duì)應(yīng)的溫度刻度

較小

；（填“較大”或“較小”）
b．若電阻箱取值阻值R'=50Ω，則電流表5mA處對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值為

50

℃．

Answer 1

分析：（1）金屬板在Q的電場(chǎng)中產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，達(dá)到靜電平衡時(shí)，金屬板是一個(gè)等勢(shì)體，表面是一個(gè)等勢(shì)面，表面的電場(chǎng)線與表面垂直．分析小球的受力情況，確定其運(yùn)動(dòng)情況，判斷電場(chǎng)力是否做功．
（2）氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過光電門的時(shí)間相等．根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理得出所需驗(yàn)證的表達(dá)式，從而確定需要測(cè)量的物理量．
（3）運(yùn)用替代法測(cè)量金屬材料的電阻，保證電流表示數(shù)不變．
根據(jù)閉合電路歐姆定律分析電路中電流與電阻R的關(guān)系，電路中電流越大，該電阻的阻值越大，由圖象可知溫度越高．當(dāng)電流為5mA時(shí)，由閉合電路歐姆定律求出電阻R的值，根據(jù)圖象讀出對(duì)應(yīng)的溫度．

解答：解：（1）金屬板在Q的電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí)，金屬板是一個(gè)等勢(shì)體，表面是一個(gè)等勢(shì)面，表面的電場(chǎng)線與表面垂直，小球所受電場(chǎng)力與金屬板表面垂直，在金屬板上向右運(yùn)動(dòng)的過程中，電場(chǎng)力做功為零，根據(jù)動(dòng)能定理得知，小球的動(dòng)能不變，速度不變，所以小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（2）①氣墊導(dǎo)軌水平，則滑塊不受外力作用做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過光電門的時(shí)間相等．
②要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則要計(jì)算重力勢(shì)能的變化量和動(dòng)能的變化量，即mgh=

1

2

(M+m)v22-

1

2

(M+m)v12，其中v₁=

d

△t1

，v2=

d

△t2

．
所以還應(yīng)測(cè)量滑塊的質(zhì)量，兩光電傳感器間距離．
（3）①實(shí)驗(yàn)采用替代法測(cè)量金屬材料的電阻．
a．調(diào)節(jié)溫度，使得Rr的溫度達(dá)到T₁，
b．將S撥向接點(diǎn)l，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時(shí)電流表的讀數(shù)I；
c．將S撥向接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表示數(shù)為I，記下此時(shí)電阻箱的讀數(shù)R₀；
d．則當(dāng)溫度為T₁時(shí)，電阻Rr=R₀．
e．改變R_r的溫度，在每一溫度下重復(fù)步驟②③④，即可測(cè)得電阻溫度隨溫度變化的規(guī)律．
②根據(jù)閉合電路歐姆定律得
電路中電流I=

E

R′+Rg+Rr

，可見，電阻R越小，電流I越大，對(duì)應(yīng)的溫度越低，
所以電流刻度較大處對(duì)應(yīng)的溫度刻度較小．
②當(dāng)電流為5mA時(shí)，由閉合電路歐姆定律I=

E

R′+Rg+Rr

，得Rr=

E

I

-R′-Rg=300-50-100Ω=150Ω，
由R-t圖象，根據(jù)數(shù)學(xué)得到R=t+100（Ω），
當(dāng)R=150Ω，t=50℃．
故答案為：（1）勻速直線，0．（2）①=，②滑塊的質(zhì)量，兩光電傳感器間距離．
（3）①滑動(dòng)變阻器，電阻箱，電流表示數(shù)為I，R₀，②較小，50．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵：1、光滑的金屬板為等勢(shì)體，電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直．2、掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)的原理，抓住系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量等于動(dòng)能增加量進(jìn)行分析．3、知道等效替代在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，掌握閉合電路歐姆定律．