题目内容

1.某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ,步骤如下:
(1)用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图甲,由图甲可知其长度为50.15mm;用螺旋测微器测量其直径如图乙,由图乙可知其直径为4.700mm;用多用电表的电阻“×10”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图丙,则该电阻的阻值约为220Ω.

(2)该同学想用伏安法更精确地测量待测圆柱体电阻R,现有的器材及其代号和规格如下:
A.金属丝L,长度为L0,直径为D
B.电流表A1,量程1mA,内阻r1=375Ω
C.电流表A2,量程500μA,内阻r2=750Ω
D.电压表V,量程10V,内阻10kΩ
E.电阻R1,阻值为100Ω,起保护作用
F.滑动变阻器R2,总阻值约20Ω
G.电池E,电动势1.5V,内阻很小
H.开关S、导线若干
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在虚线框中画出测量的电路图,并标明所用器材的代号.

(3)若该同学用伏安法跟多用电表测量得到的R测量值几乎相等,由此可估算此圆柱体材料的电阻率约为ρ=7.6×10-2Ω•m (保留2位有效数字)

分析 (1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数,不需估读,螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数,需估读.多用电表测电阻的读数等于表盘读数乘以倍率.
(2)电路分为测量电路和控制电路两部分.测量电路采用安安法.根据电流表与待测电阻阻值倍数关系,选择电流表.变阻器的阻值,从而选择分压式.
(3)根据电阻定律,求出电阻率的大小.

解答 解:(1)游标卡尺的读数为:50mm+0.05×3mm=50.15mm,螺旋测微器的读数为:4.5mm+0.01×20.0mm=4.700mm,电阻的阻值R=22×10Ω=220Ω.
(2)电源电动为1.5V,电压表量程为10V,因此不能选用,
根据两个电流表量程,结合其电阻,则将电流表A2,与金属丝并联,再与电流表A1串联,
因滑动变阻器R2,总阻值约20Ω,采用分压式接法,最后再与电阻R1,阻值为100Ω串联,起保护作用;
(3)根据电阻定律得,R=$ρ\frac{L}{S}=ρ\frac{L}{π\frac{{d}^{2}}{4}}$,则$ρ=\frac{\frac{π{d}^{2}}{4}R}{L}=\frac{\frac{3.14×(4.7×1{0}^{-3})^{2}}{4}×220}{50.15×1{0}^{-3}}$=7.6×10-2Ω•m
故答案为:(1)50.15,4.700,220,(2)如图所示,(3)7.6×10-2.

点评 测量电阻最基本的原理是伏安法,电路可分为测量电路和控制电路两部分设计.测量电路要求精确,误差小,可根据电压表、电流表与待测电阻阻值倍数关系,选择电流表内、外接法.控制电路关键是变阻器的分压式接法或限流式接法.在两种方法都能用的情况下,为了减小能耗,选择限流式接法.

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