Question

（本題提供兩題，可任意選做一題）
（A）將兩個(gè)相同的電流計(jì)分別與電阻并聯(lián)后改裝成電流表A₁（0～3A）和電流表A₂（0～0.6A），現(xiàn)把這兩個(gè)電流表并聯(lián)接入如圖所示的電路中測(cè)量電流，當(dāng)可變電阻R調(diào)節(jié)為9Ω時(shí)，A₂剛好滿偏．問：
（l）A₂滿偏時(shí)，另一電流表A₁的示數(shù)是多大？
（2）若可變電阻R調(diào)節(jié)為20Ω時(shí)．A₁剛好半偏．已知A₁、A₂的內(nèi)阻很小，求電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．
（B）按照經(jīng)典的電子理論，電子在金屬中運(yùn)動(dòng)的情形是這樣的：在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，便產(chǎn)生了電流．電子在運(yùn)動(dòng)的過程中要不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞，將動(dòng)能交給金屬離子，而自己的動(dòng)能降為零，然后在電場(chǎng)的作用重新開始加速運(yùn)動(dòng)．經(jīng)加速運(yùn)動(dòng)一段距離后，再與金屬離子發(fā)生碰撞．設(shè)電子在兩次碰撞走的平均距離叫自由程，用l表示；電子運(yùn)動(dòng)的平均速度用

.

v

表示；導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)量為n；電子的質(zhì)量為m；電子的電荷為e，請(qǐng)寫出電阻率ρ的表達(dá)式．

Answer 1

分析：（A）本題的難點(diǎn)在第（1）問，要明確電流表的改裝原理，通過畫出改裝原理圖，然后根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路的特點(diǎn)即可求出電流表

A

1

的示數(shù)；同理可求出

A

1

半偏時(shí)

A

2

的示數(shù)．
本題（2）的關(guān)鍵是根據(jù)閉合電路歐姆定律列出兩個(gè)方程，然后求解即可．
（B）根據(jù)電阻定律和歐姆定律得到電阻率與電流的關(guān)系式．在自由程內(nèi)，電子做勻加速運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做為eU，由動(dòng)能定理得到速度的表達(dá)式，求出平均速度，代入電流的微觀表達(dá)式，得到電阻率的表達(dá)式．

解答：解：（A）（1）根據(jù)電流表的改裝原理（如下圖）可知，設(shè)表頭的滿偏電流為

I

g

內(nèi)阻為

R

g

，改裝后的電流表內(nèi)阻分別為

r

1

和

r

2

，量程分別為

I

1

和

I

2

，根據(jù)歐姆定律應(yīng)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
當(dāng)兩電流表按圖示連接時(shí)，應(yīng)有

I ′ 1 r

1

=I   2 r

2

…②
聯(lián)立①②解得

I

′ 1

=

I

1

=3A，即電流表

A

1

的示數(shù)為3A．

（2）當(dāng)可變電阻為

R

1

=9Ω時(shí)，應(yīng)有E=（

I

1

+I

2

）

R

1

+（

I

1

+I

2

）r=3.6×9+3.6r=32.4+3.6r…③
當(dāng)

A

1

半偏，應(yīng)有

1 2 I   1 r

1

=

I ′ 2 r   2

，可求出電流表

A

2

的示數(shù)為

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
聯(lián)立③④可求出E=39.6V，r=2Ω．
（B）設(shè)長(zhǎng)度為自由程的導(dǎo)體兩端的電壓為U，則
根據(jù)歐姆定律得到，電阻R=

U

I

①
根據(jù)電阻定律得，R=ρ

L

S

②
導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式I=nqs

.

v

③
在自由程內(nèi)，電子在電場(chǎng)力作用作用下，速度從0加速到V，由動(dòng)能定理得
eU=

1

2

mV2 ④
又平均速度v=

0+V

2

⑤
聯(lián)立上述五式得到，金屬導(dǎo)體的電阻率ρ=

2m . v

ne2L

．
答：（A）（1）A₂滿偏時(shí)，另一電流表的示數(shù)為3A．
（2）電源電動(dòng)勢(shì)為39.6V，內(nèi)電阻為2Ω．
（B）金屬導(dǎo)體的電阻率ρ=

2m . v

ne2L

．

點(diǎn)評(píng)：解題的關(guān)鍵是明確電流表的改裝原理，根據(jù)歐姆定律可求出另一電流表的示數(shù)；然后列出閉合電路歐姆定律方程，聯(lián)立即可求出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．