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飞秒激光

每年6月6日为全国“爱眼日”，“爱眼日”的设立宗旨是希望全国人民特别是青少年要预防近视，珍爱光明。过度沉迷于电子产品是造成青少年近视的主要原因之一，一旦近视大多需要佩戴眼镜。配镜师傅在磨制镜片之前，首先要确定所需配戴眼镜的度数，而眼镜的度数在数值上等于镜片（透镜）焦距（以米为单位）倒数的100倍。

随着科技的发展，飞秒激光手术成为近视患者的首选治疗方案。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10^-15秒。飞秒激光具有瞬时释放非常高的能量，同时它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域。因此，在医学领域中，飞秒激光可作为超精密外科手术刀，目前已经成功地应用于眼科领域，在准分子激光治疗近视眼中用于制作角膜板层瓣，以及其它角膜手术。

在飞秒手术中，通过激光脉冲聚焦到角膜组织中，产生光爆破；每一个脉冲的光爆破，产生一个微离子；每一个微离子，蒸发大约1微米的眼角膜组织；蒸发眼角膜组织产生扩展的水泡和${\text{CO}}_2$气泡，水泡和气泡被眼角膜组织吸收，眼角膜组织因此被分离，使角膜变薄，眼球聚焦点矫正到视网膜上，达到矫正近视的效果。全飞秒微创手术中会直接在完整的角膜内创建一个非常薄的基质透镜，该透镜之后会被移除。透镜的移除只需2~4mm的切口就已经足够，可以使更少的角膜表面神经受损，也可使得术后干眼症状显著减少。而且，飞秒激光手术不受角膜曲率的影响，对角膜偏薄、角膜曲率变异大的近视患者来说也是一大福音。

任务一：选择物体及隔音材料

小书同学的设计是将写着读后感的卡片放置在一个空的塑料瓶中，从而使得它可以真正地在水舞台里漂流。同时小书同学希望塑料瓶可以竖直正立着漂在水中，就像一个个挺拔端正的实验学子。但当她展开实验却发现，当装有卡片的塑料瓶放在水中，几乎全部都是东倒西歪，倾倒在水面上，而非竖直正立（如图a）。

小书觉得很奇怪，高达几十米的巨轮可以稳定地竖直漂浮在水上（图b），而小小的塑料瓶却在水面无法正立漂浮。她对漂浮稳定性的影响因素产生了兴趣，并开始收集资料。

在资料的收集过程中，她了解到浮力的作用点被称为“浮心”，位于其排开水的几何中心位置（图c）；重力的作用点被称为“重心”，她也掌握了如何计算重心所在位置。

在学习的过程中，她联想到了在课堂上老师所讲到的可以稳定漂浮在水面上的密度计。于是她利用试管（可看作一均匀圆柱体）和小铁杆（体积小、密度大）进行了实验探究，实验器材如图d所示。在实验中小明向漂浮在烧杯内的试管中逐渐加入小铁杆，观察其在水中的漂浮表现，实验记录和计算数据如下表所示，示意图为图e。

注：（1）列3：定义液面之上为负，液面之下为正，“-1cm”指重心位于液面以上1cm；（2）忽略在实验过程中烧杯中液面的高度变化。

（1）请在图甲中用笔画线代替导线，帮小微完成实物电路的连接；

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应处于最（选填“左”或“右”）端；

（3）闭合开关进行实验，移动滑动变阻器的滑片P过程中，她应注视（选填“电压表”、“电流表”或“滑动变阻器”）的变化情况，当停止移动滑片P时，她发现电表指针左右摆动，再观察小灯泡也忽明忽暗，其原因可能是（选填字母符号）；

A.滑动变阻器接触不良       B.小灯泡短路       

（4）排除故障后继续实验，她将得到的数据记录在表格中，当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示为A，则小灯泡正常发光时的电阻为Ω（保留一位小数）。她发现小灯泡电阻发生了变化，其原因是灯丝电阻受的影响；

（5）实验结束后，小华想利用小微的实验器材测量一未知电阻Rx的阻值，发现电流表损坏，善于动脑的小华用小微实验中灯泡的额定电压U_额和测得的额定电流I_额 ， 设计了如图所示的电路，测出R_x的阻值，请你帮助小华补全实验步骤。

①先闭合开关S、S₁ ， 调节滑动变阻器滑片使电压表示数为；

②再断开开关S₁ ， 闭合S₂ ， 保持滑动变阻器滑片位置不变，读出此时电压表示数为U₁；

③待测电阻R_x=。（用所测物理量和已知物理量符号表示）