40.實驗拓展與創新1.(2021·南京市秦淮中學階段性檢測)某研究性學習小組利用氣墊導軌進行物理實驗，實驗裝置如圖1(a)所示。在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電門，滑塊上固定一遮光條，光電門可以記錄下遮光條通過光電門時所用的時間。滑塊上裝有拉力傳感器，可以讀出細線上的拉力大小。圖1(1)實驗前用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結果如圖1(b)所示，則d＝________mm。(2)滑塊用細線跨過氣墊導軌右端的定滑輪與托盤(盤內有砝碼)相連，將滑塊由圖1(a)所示位置釋放，若已知遮光條通過兩個光電門所用時間分別為Δt1、Δt2以及遮光條寬度d，還測出兩光電門間距離L，則滑塊的加速度可用上述物理量表示為a＝________。(3)利用該實驗裝置還可以進行牛頓第二定律的驗證，關于牛頓第二定律的驗證某同學提出如下觀點，其中正確的是________。A.測量遮光條寬度時可以采取多次測量取平均值的方法消除系統誤差B.實驗中加速度已由②中獲得，只需讀取拉力傳感器的讀數F并測得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質量M，即可驗證牛頓第二定律C.因為拉力傳感器可以直接讀取拉力，所以不需要調整氣墊導軌右端定滑輪的高度，使牽引滑塊的細線與導軌平行D.因為拉力傳感器可以直接讀取拉力，所以不需要托盤和砝碼的總質量m遠小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質量M答案(1)8.473(2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2L)(3)BD解析(1)由圖可知，螺旋測微器的讀數為：8mm＋47.3×0.01mm＝8.473mm；(2)通過兩個光電門的速度分別為：v1＝eq\f(d,Δt1)，v2＝eq\f(d,Δt2)，由勻變速直線運動的速度位移公式得：veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2aL，解得：a＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2L)；(3)系統誤差不可能消除，只可能減小，故A錯誤；由于拉力傳感器的示數即為小車的合力，所以只需讀取拉力傳感器的讀數F并測得滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質量M，即可驗證牛頓定律，故B正確；要調整氣墊導軌右端定滑輪的高度，使牽引滑塊的細繩與導軌平行，這樣才能保證小車的合力為力傳感器的示數，故C錯誤；因為拉力傳感器可以直接讀取拉力，所以不需要托盤和砝碼的總質量m遠小于滑塊、遮光條、拉力傳感器的總質量M，故D正確。2.(2021·江蘇常州市第一次模擬)某同學用圖2甲所示裝置，測量系統運動過程中所受阻力的大小。已知m＝460g、M＝520g的兩物體用細線連接，跨過光滑輕質小滑輪。在m下端接上紙帶，接通打點計時器電源，讓M從高處由靜止開始下落，如圖2乙為實驗打出的一條紙帶，每相鄰兩計數點間還有4個點(圖中未標出)，g取9.8m/s2，請測量并求出運動過程中系統受到的阻力大小f＝________N(結果保留2位有效數字)。圖2答案9.8×10－2解析由圖可知，x03＝2.75cm，x36＝7.25cm，則a＝eq\f(Δx,（3T）2)＝eq\f(x36－x03,（3T）2)＝0.50m/s2根據牛頓第二定律(M－m)g－f＝(M＋m)a得f＝9.8×10－2N3.(2021·湖北省選擇性考試模擬演練)由半導體材料制成的熱敏電阻阻值是溫度的函數。基于熱敏電阻對溫度敏感原理制作一個火災報警系統，要求熱敏電阻溫度升高至50℃時，系統開始自動報警。所用器材有：直流電源E(36V，內阻不計)；電流表(量程250mA，內阻約0.1Ω)；電壓表(量程50V，內阻約1MΩ)；熱敏電阻RT；報警器(內阻很小，流過的電流超過10mA時就會報警，超過30mA時就會損傷)；滑動變阻器R1(最大阻值4000Ω)；電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)；單刀單擲開關S1；單刀雙擲開關S2；導線若干。(1)用圖3(a)所示電路測量熱敏電阻RT的阻值。當溫度為27℃時，電壓表讀數為30.0V，電流表讀數為15mA；當溫度為50℃時，調節R1，使電壓表讀數仍為30.0V，電流表指針位置如圖3(b)所示。溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為________Ω。從實驗原理上看，該方法測得的阻值比真實值略微________(填“偏大”或“偏小”)。如果熱敏電阻阻值隨溫度升高而變大，則其為正溫度系數熱敏電阻，反之為負溫度系數熱敏電阻。基于以上實驗數據可知，該熱敏電阻RT為________(填“正”或“負”)溫度系數熱敏電阻。圖3(2)某同學搭建一套基于該熱敏電阻的火災報警系統，實物圖連線如圖4所示，其中有一個器件的導線連接有誤，該器件為________(填器件名稱)。正確連接后，先使用電阻箱R2進行調試，其阻值設置為________Ω，滑動變阻器R1阻值從最大逐漸減小，直至報警器開始報警，此時滑動變阻器R1連入電路的阻值為________Ω。調試完畢后，再利用單刀雙擲開關S2的選擇性開關功能，把熱敏電阻RT接入電路，可方便實現調試系統和工作系統的切換。圖4答案(1)600偏大負(2)滑動變阻器R16003000解析(1)由圖(b)可知，電流表的示數為50.0mA，則此時熱敏電阻的阻值為RT＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(30.0,50.0×10－3)Ω＝600Ω，該方法所測電流值為真實電流值，所測電壓值為熱敏電阻和電流表兩端的總電壓，故根據R＝eq\f(U,I)，可知此時所測電阻值偏大；在相同電壓下，溫度越高，通過電流越小，說明熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而降低，故RT為負溫度系數熱敏電阻；(2)滑動變阻器R1的導線連接有誤，兩根導線都連接在上端，無法起到改變接入電阻阻值的作用，應一上一下連接；先使用電阻箱R2進行調試，其阻值設置為RT的自動報警電阻，即600Ω才可對其進行調試；此時要求剛好在50℃時自動報警，則通過電路的電流為10mA，報警器和電流表的電阻很小，可忽略不計，可得此時滑動變阻器的阻值為R1＝eq\f(U,I)－RT＝3000Ω。4.(2021·山東泰安市二輪檢測)多用電表是實驗室必備儀器，某實驗小組把一歐姆擋等效為一個直流電源，用一個滑動變阻器和一個電壓表測量該多用電表內電源電動勢和歐姆“×1”擋內部總電阻，他所采用的實驗電路如圖5甲所示。圖5實驗器材：待測多用電表(歐姆擋部分刻度損壞)；電壓表V：量程6V，內阻約15kΩ；滑動變阻器最大阻值50Ω；導線若干；根據以下操作步驟，回答有關問題：(1)將待測多用電表調到歐姆“×1”擋，將表筆A、B短接，調節歐姆調零旋鈕，進行歐姆擋調零。(2)調零完畢，將表筆A、B分別與圖5甲中1、2兩端相接，其中A為________表筆(填“紅”或“黑”)。(3)圖5乙是多用電表某次測量的示數，該示數為________Ω。(4)多次調節變阻器的滑片位置，改變其接入電路的阻值，記錄多用電表的示數R和電壓表的示數U，以eq\f(1,R)為縱坐標、eq\f(1,U)為橫坐標作出如圖5丙所示圖象，根據圖象可得電源電動勢E＝________V；歐姆“×1”擋內部總電阻r＝________Ω。答案(2)黑(3)7(4)320解析(2)多用電表內部電源的正極與黑表筆相連，電壓表的電流應從正極流向負極，因此A為黑表筆。(3)多用電表調到歐姆“×1”擋，由圖乙可知示數為7Ω。(4)根據閉合電路歐姆定律有E＝U＋