Question

6．某同學(xué)做“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)．
（1）需要通過實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量有：加在金屬絲兩端的電壓U，通過金屬絲的電流I，金屬絲的長度L，金屬絲的直徑D（寫出名稱和符號(hào)）．
（2）這位同學(xué)采用伏安法測(cè)定一段阻值約為5Ω左右的金屬絲的電阻．有以下器材可供選擇：（要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確）
A．電池組（3V，內(nèi)阻約1Ω）
B．電流表（0-3A，內(nèi)阻約0.025Ω）
C．電流表（0-0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω）
D．電壓表（0-3V，內(nèi)阻約3kΩ）
E．電壓表（0-15V，內(nèi)阻約15kΩ）
F．滑動(dòng)變阻器（0-20Ω，額定電流1A）
G．滑動(dòng)變阻器（0-1000Ω，額定電流0.3A）
H．開關(guān)，導(dǎo)線
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用的器材是ACDFH（填寫各器材的字母代號(hào)）．請(qǐng)?jiān)趫D1的虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．這位同學(xué)在一次測(cè)量時(shí)，電流表、電壓表的示數(shù)如圖2所示．由圖中電流表、電壓表的讀數(shù)可計(jì)算出金屬絲的電阻為5.2Ω．

Answer 1

分析 （1）通過公式寫出電阻率的最終表達(dá)式，即可確定需要直接測(cè)量的物理量；
（2）電流越大電阻發(fā)熱明顯，電阻值隨之增大，導(dǎo)致電阻測(cè)量不準(zhǔn)，故本實(shí)驗(yàn)電流表應(yīng)選小量程的電流表，滑動(dòng)變阻器的最大電阻大于待測(cè)電阻阻值，可考慮變阻器采用限流式接法；
根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，若靈敏電阻計(jì)的示數(shù)為零，即說明電流表兩端電勢(shì)相等，即變阻箱兩端電壓R₁兩端電壓應(yīng)相等．

解答 解：（1）根據(jù)歐姆定律R=$\frac{U}{I}$，電阻定律R=$\frac{ρL}{S}$，S=$\frac{1}{4}πzlfxdrh^{2}$，
可得電阻率ρ=$\frac{πU{D}^{2}}{4IL}$，可見需要通過實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量有：加在金屬絲兩端的電壓U，通過金屬絲的電流I，金屬絲的長度L，金屬絲的直徑D．
（2）因采用伏安法測(cè)定一段阻值約為5Ω左右的金屬絲的電阻，本實(shí)驗(yàn)要求通過的電流不能太大，電流表應(yīng)選C，又電動(dòng)勢(shì)為3V，電壓表應(yīng)選D，當(dāng)然應(yīng)選電源A，
因滑動(dòng)變阻器最大電阻大于待測(cè)電阻，考慮變阻器用限流式接法，由$\frac{E}{R+r}$≥$\frac{2}{3}{I}_{A}$，可求外電路最小電阻為R≥7.5Ω，故可選變阻器F，當(dāng)然還應(yīng)選H，電路圖如圖所示

根據(jù)電表讀數(shù)原理及要求可讀出U=2.40V，I=0.46A，則有：R=$\frac{U}{I}$=5.2Ω
故答案為：（1）加在金屬絲兩端的電壓U，通過金屬絲的電流I，金屬絲的長度L，金屬絲的直徑D；（2）ACDFH，5.2，電路圖如圖．

點(diǎn)評(píng) 用伏安法測(cè)量電阻或電阻率實(shí)驗(yàn)都不允許大電流通過，否則電阻測(cè)量不準(zhǔn)；本題最后的實(shí)驗(yàn)是用“電橋法”測(cè)電阻，近幾年已不常見，實(shí)際很好用，此時(shí)可記住“十字相乘電阻相等”．