Question

6．有一根細(xì)長(zhǎng)而均勻的金屬材料樣品電阻約為50Ω，其電阻率為ρ，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案橫截面積S．
供選用的器材有：
A．蓄電池（3V，0.05Ω）
B．毫米刻度尺
C．電流表（600mA，約1.0Ω）
D．電流表（3A，約為0.1Ω）
E．電壓表（3V，約為6KΩ）
F．滑動(dòng)變阻器（2KΩ，0.5A）
G．滑動(dòng)變阻器（10Ω，2A）
（1）除待測(cè)金屬材料、開關(guān)、帶夾子的導(dǎo)線若干外，還應(yīng)選用實(shí)驗(yàn)器材有_  ABCEG（只填代號(hào)字母）
（2）在虛結(jié)框中，畫出設(shè)計(jì)方案的電路圖；
（3）在實(shí)物圖中，把所選器材連接實(shí)際測(cè)量電路；
（4）用已知的物理常數(shù)和測(cè)得的物理量，推導(dǎo)出計(jì)算金屬管橫截面積S的表達(dá)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)選擇電壓表，根據(jù)電路最大電流選擇電流表，為方便實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇實(shí)驗(yàn)器材．
（2）根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器與電流表接法，然后然后作出電路圖．
（3）根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖．
（4）應(yīng)用電阻定律求出金屬材料的橫截面積．

解答 解：（1）電源電動(dòng)勢(shì)為3V，電壓表選擇E，通過金屬材料的最大電流約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3}{50}$=0.06A=60mA，電流表選擇C，為方便實(shí)驗(yàn)操作滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇G，實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)量材料長(zhǎng)度，需要使用刻度尺，因此需要的使用器材為：ABCEG；
（2）由實(shí)驗(yàn)器材可知，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值，電流表應(yīng)采用外接法，待測(cè)電阻阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器最大阻值，為測(cè)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電路圖如圖所示：

（3）根據(jù)電路圖連接實(shí)物實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖所示：

（4）待測(cè)電阻阻值：R=$\frac{U}{I}$，由電阻定律可知，電阻：R=ρ$\frac{L}{S}$，導(dǎo)體材料橫截面積：S=$\frac{ρLI}{U}$；
故答案為：（1）ABCEG；（2）電路圖如圖所示；（3）實(shí)物電路圖如圖所示；（4）$\frac{ρLI}{U}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材的選擇、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖、連接實(shí)物電路圖等問題，要掌握實(shí)驗(yàn)器材的選擇原則，選擇實(shí)驗(yàn)器材首先要考慮安全性原則，其次要考慮精確性原則，同時(shí)還要考慮方便實(shí)驗(yàn)操作．