Question

（1）太陽內部的核聚變可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁波（場）的形式向四面八方輻射出去，其總功率達到3.8×10²⁶ W．根據愛因斯坦的質能方程估算，單純地由于這種輻射，太陽每秒鐘減少的物質質量約為

 

kg．（保留一位有效數字）
（2）下面三個高中物理教材中的力學實驗：A．驗證牛頓第二定律，B．探究功與物體速度變化的關系，C．驗證機械能守恒定律，在這三個實驗中（選填“A”、“B”、“C”）
①需要使用天平測量物體質量的是

 

②需要使用刻度尺測量長度的是

 

③需要求物體通過某點瞬時速度的是

 

（3）有一根細長而均勻的金屬管線樣品，橫截面如圖所示．此金屬材料重約1～2N，長約為30cm，電阻約為10Ω．已知這種金屬的電阻率為ρ，密度為ρ₀．因管內中空部分截面積形狀不規則，無法直接測量，請設計一個實驗方案，測量中空部分的截面積S₀，現有如下器材可選：
A．毫米刻度尺
B．螺旋測微器
C．電流表（600mA，1.0Ω）
D．電流表（3A，0.1Ω）
E．電壓表（3V，6kΩ）
F．滑動變阻器（5Ω，3A）
G．蓄電池（6V，0.05Ω）
H．開關一個，帶夾子的導線若干．

①除待測金屬管線外，還應選用的器材有

 

（只填代號字母）
②在圖中畫出你所設計的實驗電路圖，并把所選儀器連成實際測量電路．
③實驗中需要測量的物理量有：

 

．（標出對應字母）
④計算金屬管線內部空間截面積S₀的表達式為S₀=

 

．

Answer 1

分析：（1）應用質能方程△E=△mc²求解太陽每秒鐘減少的質量．
（2）根據對各實驗原理、器材的掌握分析答題．
（3）本實驗需要用伏安法測量電阻，同時要結合電阻定律求解導體的截面積，故可以先得到截面積的表達式，再結合歐姆定律得到待測量，從而進一步選擇器材；
用伏安法測量電阻，要求盡可能測出多組有關數值，故滑動變阻器要采用分壓式接法；由于金屬原件長度較短，故電阻較小，故采用安培表外接法，畫出電路圖后進一步連接實物圖即可；
根據歐姆定律和電阻定律公式可以得到要測量的物理量，并進一步推導出公式．

解答：解：（1）太陽釋放的能量E=Pt，∵E=△mc²，
∴太陽每秒鐘減少的質量△m=

Pt

c2

=

3.8×1026W×1s

(3×108m/s)2

≈4×10⁹kg．
（2）①需要使用天平測量物體質量的是：A．驗證牛頓第二定律；
②需要使用刻度尺測量長度的是A．驗證牛頓第二定律，B．探究功與物體速度變化的關系，C．驗證機械能守恒定律；
③需要求物體通過某點瞬時速度的是：B．探究功與物體速度變化的關系，C．驗證機械能守恒定律；
（3）①本實驗需要用伏安法測量電阻，根據歐姆定律，有R=

U

I

；同時要結合電阻定律公式R=ρ

L

S

求解截面積；故要用電壓表測量電壓，電流表測量電流，刻度尺測量長度，螺旋測微器測量直徑，當然，要組合成電路，還需要電源、電鍵、導線以及滑動變阻器；由于電阻通電電流大會升溫，影響電阻率，故要小電流，故電流表選擇較小量程，電壓表也選擇較小量程；需要的實驗器材為：ABCEGH；
②電路及實際測量電路如圖所示．

③④根據歐姆定律，有R=

U

I

；
根據電阻定律，有R=ρ

L

S

，故截面積為：S=

ρIL

U

；
故要用螺旋測微器測橫截面邊長a，用毫米刻度尺金屬管線長度L，電壓表示數U，電流表示數I，
故金屬管線內部空間截面積S₀的表達式為：S₀=a²-

ρIL

U

．
故答案為：（1）4×10⁹；（2）①A； ②A、B、C； ③B、C；
（3）①ABCEFGH；②電路圖如圖所示；實物電路圖如圖所示；
③橫截面邊長a、管線長度l、電壓表示數U、電流表示數I；④a²-

ρIL

U

．

點評：（1）知道△E=△mc²中△m是虧損質量，△E是釋放的核能．
（2）理解各實驗原理即可正確解題．
（3）本題考查了實驗器材的選擇、設計實驗電路、實驗測量、實驗數據處理等問題，知道實驗原理是正確解題的關鍵．