问题 问答题

(本题提供两题,可任意选做一题)

(A)将两个相同的电流计分别与电阻并联后改装成电流表A1(0~3A)和电流表A2(0~0.6A),现把这两个电流表并联接入如图所示的电路中测量电流,当可变电阻R调节为9Ω时,A2刚好满偏.问:

(l)A2满偏时,另一电流表A1的示数是多大?

(2)若可变电阻R调节为20Ω时.A1刚好半偏.已知A1、A2的内阻很小,求电源电动势和内电阻.

(B)按照经典的电子理论,电子在金属中运动的情形是这样的:在外加电场的作用下,自由电子发生定向运动,便产生了电流.电子在运动的过程中要不断地与金属离子发生碰撞,将动能交给金属离子,而自己的动能降为零,然后在电场的作用重新开始加速运动.经加速运动一段距离后,再与金属离子发生碰撞.设电子在两次碰撞走的平均距离叫自由程,用l表示;电子运动的平均速度用

.
v
表示;导体单位体积内自由电子的数量为n;电子的质量为m;电子的电荷为e,请写出电阻率ρ的表达式.

答案

(A)(1)根据电流表的改装原理(如下图)可知,设表头的满偏电流为

I g
内阻为
R g
,改装后的电流表内阻分别为
r 1
r 2
,量程分别为
I 1
I 2
,根据欧姆定律应有
I g
R
 g
=
I 1
r
 1
I g
R
 g
=I 2
r
 2

可得

r 1
r 2
=
I 2
I 1
=
0.6
3
=0.2,即
r 1
=0.2
r 2
…①

当两电流表按图示连接时,应有

I′1
r
 1
=I 2
r
 2
…②

联立①②解得

I′1
=
I 1
=3A,即电流表
A 1
的示数为3A.

(2)当可变电阻为

R 1
=9Ω时,应有E=(
I 1
+I 2
R 1
+(
I 1
+I 2
)r=3.6×9+3.6r=32.4+3.6r…③

A 1
半偏,应有
1
2
I
 1
r
 1
=
I′2
r
 2
  
,可求出电流表
A 2
的示数为
I′2
=0.1
I 1
=0.3A

又有E=(

1
2
I 1
+I′2
R 2
+(
1
2
I
 1
+I′2
)r=1.8×20+1.8r=36+1.8r…④

联立③④可求出E=39.6V,r=2Ω.

(B)设长度为自由程的导体两端的电压为U,则

根据欧姆定律得到,电阻R=

U
I

根据电阻定律得,R=ρ

L
S

导体中电流的微观表达式I=nqs

.
v

在自由程内,电子在电场力作用作用下,速度从0加速到V,由动能定理得

eU=

1
2
mV2

又平均速度v=

0+V
2

联立上述五式得到,金属导体的电阻率ρ=

2m
.
v
ne2L

答:(A)(1)A2满偏时,另一电流表的示数为3A.

(2)电源电动势为39.6V,内电阻为2Ω.

(B)金属导体的电阻率ρ=

2m
.
v
ne2L

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