Question

（1）（6分）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）：

①下列说法哪一项是正确的         。（填选项前字母）

A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上

B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量

C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放

②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为    m/s（保留三位有效数字）。

（2）（12分）硅光电池在无光照射时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表V₁量程选用3V，内阻为6.0 kΩ；电压表V₂量程选用15V，内阻约为30 kΩ；R₀为保护电阻；直流电源电动势约为12V，内阻不计。

①根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。

②用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V₁、V₂的示数U₁、U₂。

（i）某次测量时，电压表V₁示数如图丙，则U₁=   V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为   mA（保留两位小数）。

（ii）该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U₁、U₂数据，算出相应的硅光电池两端反向电压U_x和通过的反向电流I_x（图中“－”表示反向），并在坐标纸上建立I_x-U_x坐标系，标出了与表中前5组U_x、I_x数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点，并绘出I_x-U_x图线。

（iii）由I_x-U_x图线知，硅光电池无光照下加反向电压时，I_x与U_x成     （填“线性”或“非线性”）关系。

Answer

（1）①C    ②0.653

（2）①如图1所示    ②（i）1.40  0.23 （ii）如图2所示 （iii）非线性

【解析】（1）①在本实验中进行平衡摩擦力操作时，是使小车重力沿木板方向的分量等于小车运动过程中小车受到的木板的摩擦力与纸带与打点计时器之间的摩擦等阻力，因此不要挂钩码，故选项A错误；本实验的目的是探究恒力做功与小车动能改变的关系，本实验中，在平衡摩擦完成后，是用钩码的重力代替了细线的拉力即小车受到的合力，因此在钩码质量远远小于小车质量的情况下，实验的系统误差才较小，故选项B错误；本实验是通过纸带上留下的打点来计算小车的速度（动能），因此实验时让小车从靠近打点计时器处由静止释放，是为了尽可能多的纸带能打上点，即纸带上留下的打点尽可能多，以减小实验偶然误差，故选项C正确。

②实验中使用的交变电流频率为50Hz，因此打点计时器的打点周期为0.02s，根据题图乙可知O、A、B、C四个计数点间各有5个打点间隔，即依次打四个计数点的时间间隔为t=0.1s，实验中小车做匀加速直线运动，B点为小车通过AC段的中间时刻点，根据匀变速直线运动中间时刻速度公式和平均速度公式可知：vB=，=，根据图乙所示及图中数据有：=－=18.59cm－5.53cm=13.06cm=0.1306m，联立以上各式并代入数据，同时考虑题设要求保留三位有效数字，解得：vB=0.653m/s。

（2）①根据题图甲可知，滑线变阻器采用了分压式接法，故左下端应引线接往电源负极，电压表V1与硅光电池串联后与电压表V2并联，再与R0串联后一起接到分压电路中，因此应从滑线变阻器的一个上接线柱引线至硅光电池的负接线柱（题中已说明硅光电池反接），再从电压表负接线柱引线至R0右接线柱，如图1所示。

②（i）由于电压表V1采用3V的量程，因此最小刻度为0.1V，根据图丙所示，指针指在1.4V位置，再往后估读一位0.00V，因此电压表V1的读数为1.4V+0.00V=1.40V，根据部分电路欧姆定律可知，流过电压表V1的电流为I1=，由于硅光电池与电压表V1是串联关系，因此通过硅光电池的反向电流也为I1，代入数据，并考虑题目要求保留两位小数，解得I1=2.30×10－2A=0.23mA。

（ii）根据表中数据在坐标图中定出另4个点，作出Ix-Ux关系图线如图2所示。

（iii）由右图所画Ix-Ux关系图线为曲线可知Ix与Ux成非线性关系。

【考点定位】（1）考查了“探究恒力做功与动能变化的关系”实验，属于课本基本实验。

（2）本题考查了“描绘硅光电池无光照时的反向伏安特性曲线”实验，属于课本“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的变形。