问题 问答题

(1)如图a所示,用铁架台、弹簧和多个质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验.

①为完成实验,还需要的实验器材有:______.

②图b是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为______N/m.图线不过原点的原因是由于______.

(2)有一根长陶瓷管,其表面均匀地镀有一层很薄的电阻膜,管的两端有导电箍M和N,如图所示.用多用表电阻档测得MN间的电阻膜的电阻约为100Ω,陶瓷管的直径远大于电阻膜的厚度.某同学利用下列器材设计了一个测量该电阻膜厚度d的实验.

A.刻度尺(最小分度为mm);

B.游标卡尺;

C.电流表A1(量程0~300mA,内阻约0.2Ω);

D.电流表A2(量程0~100mA,内阻约0.6Ω);

E.电压表V1(量程10V,内阻约5kΩ);

F.电压表V2(量程5V,内阻约3kΩ);

G.滑动变阻器R1(阻值范围0~50Ω,额定电流1.5A);

H.滑动变阻器R2(阻值范围0~1.5KΩ,额定电流1A);

I.电源E(电动势9V,内阻可不计);

J.开关一个,导线若干.

①他用毫米刻度尺测出电阻膜的长度为l,用游标卡尺测量该陶瓷管的外径D.

②为了比较准确地测量电阻膜的电阻,且调节方便,实验中应选用电流表______,电压表______,滑动变阻器______.(填写器材前面的字母代号)

③在答题卷方框内画出测量电阻膜的电阻R的实验电路图.

④若电压表的读数为U,电流表的读数为I,镀膜材料的电阻率为ρ,计算电阻膜厚度d的数学表达式为:d=______(用所测得的量和已知量的符号表示).

答案

(1)①实验需要测量弹簧的拉力,需要测量钩码的质量,求出其重力,并测量弹簧伸长的长度,故需要天平和刻度尺.

②由k=

△F
△x
=
6
(3.5-0.5)×10-2
N/m=200N/m.

由图可知,当F=0时,x=0.5cm,说明没有挂重物时,弹簧有伸长,是由于弹簧自身的重力造成的.故图线不过原点的原因是由于弹簧有自重.

(2)电源的电动势E=9V,电阻膜的最大电流大约Imax=

E
R
=
9
100
A
=90mA,故电压表选V1,电流表选A2

电阻膜的电阻大约100Ω远小于R2,故变阻器采用限流式接法.电路如下.

由电阻定律,得R=ρ

L
d•πD
=
U
I

解得 d=

ρlI
πDU

故答案是:(1)①刻度尺、天平

②200N/m、弹簧有自重

(2)②D,E,H

③如图(电流表外接法,变阻器限流式)

d=

ρlI
πDU

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