高中 | 电表的改装 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.4 串联电路和并联电路

电表的改装

某学习小组测量一段粗细均匀金属丝的电阻率。

首先用游标卡尺测量该金属丝的长度,结果如图甲所示,其长度$L=$                 $\;\rm cm$;再用螺旋测微器测金属丝直径,结果如图乙所示,其直径$d=$                 $\;\rm mm$

[["$11.050$","$1.995$"]]

由图甲可知,游标卡尺为$20$分度,且第$10$个小格与主尺对齐,则金属丝的长度为$L=11\;\rm cm+10 \times 0.05\;\rm mm=11.050\;\rm cm$

由图乙可知,金属丝直径为$d=1.5\;\rm mm+49.5 \times 0.01\;\rm mm=1.995\;\rm mm$

用多用电表粗略测量金属丝的电阻,下列实验操作步骤,正确顺序是                 

①将红、黑表笔分别插入“$+$”、“$-$”插孔,并将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准欧姆零点

②将选择开关旋转到“$\Omega$”挡的“$\times 1$”位置

③调节指针定位螺丝,使多用电表指针对准电流零刻度

④将选择开关旋转到“$OFF$”位置

⑤将红、黑表笔分别与待测电阻两端接触,测出金属丝的电阻约$20\;\rm \Omega$

[["③②①⑤④"]]

用多用电表粗略测量金属丝的电阻,实验操作步骤是调节指针定位螺丝,使多用电表指针指着电流零刻度、将选择开关旋转合适的欧姆挡位、将红、黑表笔分别插入“$+$”“$−$”插孔,并将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准欧姆零点,将红、黑表笔分别与待测电阻两端接触,测出金属丝的电阻,最后选择开关旋转到$OFF$位置,故正确的顺序为③②①⑤④。

为进一步准确测量该金属丝的电阻$R_{x}$,实验室提供如下器材:

电池组$E$(电动势为$4.5\;\rm V$,内阻不计);

定值电阻$R_{0}$(阻值为$10\;\rm \Omega$);

电压表$\rm V$(量程为$5\;\rm V$,内阻未知);

电流表$\rm A$(量程为$20\;\rm mA$,内阻为$90\;\rm \Omega$);

滑动变阻器$R$(阻值范围为$0\sim 20\;\rm \Omega$,额定电流$2\;\rm A$);

开关$\rm S$、导线若干。

请利用以上器材,在下方的虚线框中补全实验电路图                。(需标出相应器材的符号)

[["

"]]

电流表内阻已知,且电流表量程太小,可以将电流表和定值电阻改装为一个大量程电流表,此时电流表两端的电压可以计算,可以将电流表内接,可以准确得出流过电阻$R_{x}$电流的准确值、以及电阻$R_{x}$两端电压的准确值,如图所示

若电压表示数为$4.2\;\rm V$,电流表示数为$15\;\rm mA$,试分析能否计算出$R_{x}$的准确值,若能,写出$R_{x}$的准确值;若不能,写出误差的来源。                 

[["$19\\;\\rm \\Omega$"]]

根据($3$)分析可知,可以得出电阻的准确值,电阻$R_{x}$的电压$U_{x}=U-IR_{A}$,流过电阻$R_{x}$的电流$I_{x}=I+ \dfrac{IR_{\text{A}}}{R_{0}}$,根据欧姆定律$R_{x}= \dfrac{U_{x}}{I_{x}}$,代入数据联立解得$R_{x}=19\;\rm \Omega$

写出该金属丝电阻率的表达式$\rho=$                 (用$L、d、R_{x}$表示)。

[["$\\dfrac{\\pi d^{2}R_{x}}{4L}$"]]

根据电阻定律$R_{x}=\rho \cdot \dfrac{L}{S}$,又$S=\pi \cdot \dfrac{d^{2}}{4}$,联立可得$\rho= \dfrac{\pi d^{2}R_{x}}{4L}$

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