题目内容

有一根细长而均匀的金属管线样品,横截面如图1所示.此金属材料重约1~2N,长约为30cm,电阻约为10Ω.已知这种金属材料的电阻率为ρ,密度为ρ0.因管内中空部分截面积形状不规则,无法直接测量.请设计一个实验方案,测量中空部分的截面积S0.现有如下材料可选:
A.毫米刻度尺
B.螺旋测微器
C.电流表(600mA,1.0Ω)
D.电流表(3A,0.1Ω)
E.电压表(3V,6kΩ)
F.滑动变阻器(50Ω,2A)
G.蓄电池(6V,0.05Ω)
H.开关一个,导线若干

(1)除待测金属管线外,还应选用的材料有
A、B、C、E、F、G、H
A、B、C、E、F、G、H
(只填代号字母)
(2)在图2中把所选一起连成实际测量电路.
(3)实验中要测量的物理量有
横截面边长a、管线长度l、电压表示数U、电流表示数I
横截面边长a、管线长度l、电压表示数U、电流表示数I
计算金属管线内部空间截面积S0的表达式为S0=
a2-
ρIl
U
a2-
ρIl
U
分析:(1)本实验需要用伏安法测量电阻,同时要结合电阻定律公式R=ρ
L
S
,求解导体的截面积,故可以先得到截面积的表达式,再结合欧姆定律得到待测量,从而进一步选择器材;
(2)用伏安法测量电阻,要求尽可能测出多组有关数值,故滑动变阻器要采用分压式接法;由于金属原件长度较短,故电阻较小,故采用安培表外接法,画出电路图后进一步连接实物图即可;
(3)根据欧姆定律和电阻定律公式可以得到要测量的物理量,并进一步推导出公式.
解答:解:(1)本实验需要用伏安法测量电阻,根据欧姆定律,有R=
U
I
;同时要结合电阻定律公式R=ρ
L
S
,求解截面积;故要用电压表测量电压,电流表测量电流,刻度尺测量长度,螺旋测微器测量直径,当然,要组合成电路,还需要电源、电键、导线以及滑动变阻器;由于电阻通电电流大会升温,影响电阻率,故要小电流,故电流表选择较小量程,电压表也选择较小量程.
故答案为:ABCEFGH;
(2)由于要求尽可能测出多组有关数值,故滑动变阻器要采用分压式接法,金属丝电阻较小,因此电流表采用外接法,由此可得出实物图如下所示:

(3)根据欧姆定律,有:R=
U
I

根据电阻定律公式有:R=ρ
L
S

由此解得:S=
ρIL
U

因此要用螺旋测微器测横截面边长a,用毫米刻度尺金属管线长度L,电压表示数U,电流表示数I,
因此金属管线内部空间截面积S0的表达式为:S0=a2-
ρIl
U

故答案为:横截面边长a、管线长度l、电压表示数U、电流表示数I,a2-
ρIl
U
点评:对电学实验要能设计出电路图,并根据电路图连接电路并得到待测量,还要会误差分析,本题是考查学生基础知识的好题.
练习册系列答案
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(1)某校学习兴趣小组在研究“探索小车速度随时间变化的规律”的实验,图(1)是某次实验得出的纸带,所用电源的频率为50HZ,舍去前面比较密集的点,从0点开始,每5个连续点取1个计数点,标以1、2、3….各计数点与0计数点之间的距离依次为d1=3cm,d2=7.5cm,d3=13.5cm,则物体通过1计数点的速度v1=
0.375
0.375
m/s;

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1.5
1.5
m/s2
(3)有一根细长而均匀的金属管线样品,横截面如图(2)所示.此金属管线长约30Cm,电阻约10Ω.已知这种金属的电阻率为ρ,因管内中空部分截面积形状不规则,无法直接测量,请你设计一个实验方案,测量中空部分的截面积S0,现有如下器材可选:
A.毫米刻度尺B.螺旋测微器
c.电流表Al(600mA,约1.0Ω)
D.电流表A2(3A,约0.1Ω)
E.电压表V(3V,6KΩ)
F.滑动变阻器R1(2KΩ,O.5A)
G.滑动变阻器R2(10Ω,2A)
H.蓄电池E(6V,O.05Ω )
I.开关一个,带夹子的导线若干
①上列器材中,应选用的器材有
ABCEGHI
ABCEGHI
(只填代号字母).
②在如图(3)方框中画出你所设计的电路图,并把如图(4)的实物连成实际测量电路,要求尽可能测出多组有关数值.
③实验中要测量的物理量有:
截面边长a、金属管线长度L、电压表示数U
截面边长a、金属管线长度L、电压表示数U
,计算金属管线内部空问截面积S0的表达式为:S0=
a2-
ρIL
U
a2-
ρIL
U

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