Question

影響物質材料電阻率的因素很多，一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大，而半導體材料的電阻率則與之相反，隨溫度的升高而減少．某課題研究組需要研究某種導電材料的導電規律，他們用該種導電材料制作成電阻較小的元件Z做實驗，測量元件Z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規律．
①他們應選用圖1所示的哪個電路進行實驗？答：

 

②按照正確的電路圖，連接圖3的實物圖．
③實驗測得元件Z的電壓與電流的關系如下表所示．根據表中數據，判斷元件Z是金屬材料還是半導體材料？答：

 

．

U/V	0	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60
I/A	0	0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.80	3.20

④把元件Z接入如圖3所示的電路中，當電阻R的阻值為R₁=2Ω時，電流表的讀數為1.25A；當電阻R的阻值為R₂=3.6Ω時，電流表的讀數為0.80A．結合上表數據，求出電池的電動勢為

 

V，內阻為

 

Ω．（不計電流表的內阻，結果保留兩位有效數字）
⑤用螺旋測微器測得線狀元件Z的直徑如圖4所示，則元件Z的直徑是

 

mm．
⑥用50分度的游標卡尺測得線狀元件Z的長度如圖5所示，則元件Z的長度是

 

cm．

Answer 1

分析：①根據題目要求確定滑動變阻器與電流表的接法，然后選擇實驗電路圖．
②根據實驗電路圖連接實物電路圖．
③根據實驗數據，應用歐姆定律判斷元件阻值如何變化，然后判斷元件的種類．
④根據閉合電路歐姆定律，電源電動勢等于各部分電勢降低之和，有E=Ir+U_z+U_R；
然后根據表格得到兩組半導體兩端電壓值，最后代入上式求解即可．
⑤螺旋測微器固定刻度與可動刻度示數之和是螺旋測微器的示數．
⑥游標卡尺主尺與游標尺示數之和是游標卡尺的示數．

解答：解：①本題要描繪伏安特性曲線，電壓應該從零開始連續變化，故滑動變阻器采用分壓式接法，而由第③問可以知道，電阻較小遠小于電壓表內阻，應該采用安培表外接法，應選圖A所示實驗電路．
②根據圖A所示實驗電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示．

③根據表中實驗數據，由歐姆定律可知，隨電壓的增加，元件電阻減小，則元件是由半導體材料制成的．
④根據閉合電路歐姆定律，電源電動勢等于各部分電勢降低之和：E=Ir+U_z+U_R，
當電阻R的阻值為R₁=2Ω時，電流表的讀數為1.25A，故半導體兩端電壓為1.00V，
即：E=1.25×r+1.00+1.25×2，
當電阻R的阻值為R₂=3.6Ω時，電流表的讀數為0.80A，故半導體兩端電壓為0.8V，
即E=0.8r+0.8+0.8×3.6，解得：E≈4.6V，r=1.1Ω．
⑤由圖4所示螺旋測微器可知，固定刻度示數為1.5mm，可動刻度示數為：49.0×0.01mm=0.490mm，元件直徑為：d=1.5mm+0.490mm=1.990mm．
⑥由圖5所示游標卡尺可知，主尺示數為10.0cm，游標尺示數為：10×0.05mm=0.50mm=0.050cm，元件長度為：L=10.0cm+0.050cm=10.050cm．
故答案為：①A；②實物電路圖如圖所示；③半導體材料；④4.6；1.1；⑤1.990；⑥10.050．

點評：本題涉及到滑動變阻器的接法選擇、安培表內接與外接法的選擇、閉合電路歐姆定律、螺旋測微器的讀數等知識點，關鍵要熟悉電學測量中誤差的來源和減小方法，以及會用閉合電路歐姆定律解決問題．