Question

4．有一根長(zhǎng)陶瓷管，其表面均勻地鍍有一層很薄的電阻膜，管的兩端有導(dǎo)電箍M和N，如圖所示．用多用表電阻檔測(cè)得MN間的電阻膜的電阻約為100，陶瓷管的直徑遠(yuǎn)大于電阻膜的厚度．某同學(xué)利用下列器材設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量該電阻膜厚度d的實(shí)驗(yàn)．
A．刻度尺（最小分度為mm）；  
B．游標(biāo)卡尺；
C．電流表A₁（量程0～300mA，內(nèi)阻約0.2Ω）；
D．電流表A₂（量程0～100mA，內(nèi)阻約0.6Ω）；
E．電壓表V₁（量程10V，內(nèi)阻約5kΩ）；
F．電壓表V₂（量程5V，內(nèi)阻約3kΩ）；
G．滑動(dòng)變阻器R₁（阻值范圍0～30Ω，額定電流1.5A）；
H．滑動(dòng)變阻器R₂（阻值范圍0～1.5kΩ，額定電流1A）；
I．電源E（電動(dòng)勢(shì)9V，內(nèi)阻可不計(jì)）； 
J．開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．
①他用毫米刻度尺測(cè)出電阻膜的長(zhǎng)度為l，用游標(biāo)卡尺測(cè)量該陶瓷管的外徑D．
②為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻膜的電阻，且調(diào)節(jié)方便，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表，電壓表，滑動(dòng)變阻器．（填寫器材前面的字母代號(hào)）
③在答題卷方框內(nèi)畫出測(cè)量電阻膜的電阻R的實(shí)驗(yàn)電路圖．
④若電壓表的讀數(shù)為U，電流表的讀數(shù)為I，鍍膜材料的電阻率為ρ，計(jì)算電阻膜厚度d（d遠(yuǎn)小于D）的表達(dá)式為：d=$\frac{ρIL}{πUd}$（用所測(cè)得的量和已知量的符號(hào)表示）．

Answer 1

分析 器材的選取要安全、精確、易操作，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的大小確定電壓表的量程，根據(jù)電路中的最大電流確定電流表的量程．結(jié)合待測(cè)電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值關(guān)系確定采用分壓還是限流接法，從而確定滑動(dòng)變阻器的類型．根據(jù)待測(cè)電阻的大小確定電流表的內(nèi)外接．
根據(jù)歐姆定律、電阻定律，求出電阻膜厚度d．

解答 解：②因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢(shì)為9V，為了測(cè)量的安全和精確，電壓表選擇量程為10V的電壓表，即選擇E；電路中的最大電流I=$\frac{E}{R}=\frac{9}{100}A=0.09A=90mA$，為了測(cè)量的精確，電流表選擇量程為100mA的，即選擇D．若用限流式，R₁電阻較小，R₂電阻太大，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，變阻器應(yīng)選阻值小的G．
③滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，由于待測(cè)電阻與電壓表內(nèi)阻相當(dāng)，屬于大電阻，所以電流表采用內(nèi)接法．電路圖如圖所示．
④電阻R=$\frac{U}{I}$，根據(jù)電阻定律得，R=$ρ\frac{l}{s}$，橫截面積s=πDd，三式聯(lián)立解得d=$\frac{ρIL}{πUd}$．
故答案為：②D，E，G．
③如圖所示．
④$\frac{ρIL}{πUd}$．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握器材的選取原則：安全、精確，可操作性．知道滑動(dòng)變阻器分壓式接法和限流式接法的區(qū)別，以及知道電流表內(nèi)外接的區(qū)別．可以運(yùn)用“小外偏小、大內(nèi)偏大”這一結(jié)論確定電流表的內(nèi)外接．