某同学做“测定金属电阻率”的实验.
①需要通过实验直接测量的物理量有:
加在金属丝两端的电压U,通过金属丝的电流I,金属丝的长度L,金属丝的直径D
加在金属丝两端的电压U,通过金属丝的电流I,金属丝的长度L,金属丝的直径D
(写出名称和符号).
②这位同学采用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属丝的电阻.有以下器材可供选择:(要求测量结果尽量准确)
A.电池组(3V,内阻约1Ω)          B.电流表(0-3A,内阻约0.025Ω)
C.电流表(0-0.6A,内阻约0.125Ω)  D.电压表(0-3V,内阻约3kΩ)
E.电压表(0-15V,内阻约15kΩ)    F.滑动变阻器(0-20Ω,额定电流1A)
G.滑动变阻器(0-1000Ω,额定电流0.3A)      H.开关,导线
实验时应选用的器材是
ACDFH
ACDFH
(填写各器材的字母代号).
请在下面的虚线框中画出实验电路图.
这位同学在一次测量时,电流表、电压表的示数如图所示.由图中电流表、电压表的读数可计算出金属丝的电阻为
5.2
5.2
Ω.
③用伏安法测金属丝电阻存在系统误差.为了减小系统误差,有人设计了如图所示的实验方案.其中Rx是待测电阻,R是电阻箱,R1、R2是已知阻值的定值电阻.合上开关S,灵敏电流计的指针偏转.将R调至阻值为R0时,灵敏电阻计的示数为零.由此可计算出待测电阻Rx=
R
 
2
R
 
0
R
 
1
R
 
2
R
 
0
R
 
1
.(用R1、R2、R0表示)
(1)在弹性限度内,弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值,叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数,某同学进行了如下实验设计:如图所示,将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与导轨接触良好,水平放置的轻弹簧一端固定于O点,另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中,弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直,弹簧的形变始终在弹性限度内,通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧的形变较大时读数等方法,使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。

①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源()、滑动变阻器()、电流表()、开关()设计一电路图,画在图中虚线框内,并正确连在导轨的C、D两端。

②若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后,闭合开关,使金属杆随挡板缓慢移动,当移开挡板且金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I1,记下金属杆的位置,断开开关,测出弹簧对应的长度为x1;改变滑动变阻器的阻值,再次让金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I2,弹簧对应的长度为x2,则弹簧的劲度系数k=_______。

(2)气垫导轨(如图甲)工作时,空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使滑块不与导轨表面直接接触,大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律,在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器所用电源的频率均为b。气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带,用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3。若题中各物理量的单位均为国际单位,那么,碰撞前两滑块的动量大小分别为_________、_________,两滑块的总动量大小为_____________;碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验,多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则动量守恒定律得到验证。

图甲

图乙

 

2010年诺贝尔物理学奖授予两位俄裔科学家,以表彰他们在石墨烯材料开发领域的.突破性研究”.石墨烯可来源于铅笔芯,某校A、B两个兴趣小组想探究铅笔芯的电阻率,他们在老师的指导下各自选取一段长为L、横截面积为S的粗细均匀的铅笔芯,根据所学知识设计了不同的方案进行如下实验:
①A组方案:实验电路如图1所示(整根铅笔芯连在电路中).主要步骤如下,请完成相关推算:

a.图2是该方案所用器材的实物图,图中已连好部分导线,请用笔画线代替导线将电路图补充完整.
b.实验中测出多组U、I数据;
c.将测量数据描在图3所示的坐标纸上.请在图3中完成该铅笔芯的U-I图线,并根据图线求出其电阻值R=______Ω.
d.由求得铅笔芯的电阻率.
②B组方案:实验电路如图4所示.主要步骤如下,请完成相关推算:
a.闭合开关Sl,单刀双掷开关S2扳到“1”位置,调节变阻器R',使电压表为某一适当的读数,测量并记下金属滑环到铅笔芯左端O点的距离Li;
b.保持R'不变,开关S2扳到“2”位置,调节电阻箱R,使电压表的读数与开关S2位于“1”位置时相同,此时电阻箱各旋钮情况如图5所示,则这段长度为Li的铅笔芯的阻值为______Ω;
c.移动金属滑环,重复a、b步骤.记下多组R、L数据,画出R-L图线,求出该铅笔芯的电阻率.
③从电压表内阻对实验结果的影响考虑,较合理的方案是______组(填“A”或“B“).

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