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小明同学在实验室找到了几根锰铜合金丝和镍铬合金丝,其规格如下表所示.他想在不剪断合金丝的前提下,比较锰铜合金丝和镍铬合金丝这两种材料的导电性能.请你利用学过的知识帮助小明设计实验方案.
(1)实验中应选编号为______的锰铜合金丝和编号为______的镍铬合金丝进行研究.
(2)请画出实验电路图.(实验过程中不允许拆卸元件,只能通过开关改变电路连接情况)
(3)请根据你设计的实验电路简要说明比较两种材料导电性能的方法.
编号材料长度横截面积
A锰铜合金0.5m2.0mm2
B锰铜合金1.5m1.5 mm2
C锰铜合金1.8m1.0 mm2
D锰铜合金2.0m0.5 mm2
E镍铬合金0.3m2.0 mm2
F镍铬合金1.3m1.5 mm2
G镍铬合金1.5m1.0 mm2
H镍铬合金2.0m0.5 mm2

答案:
分析:(1)要解决此题,首先要掌握影响导体电阻大小的因素:导体的长度、材料和横截面积. 因为导体的电阻与多个因素有关,所以在探究电阻与其中一个量之间的关系时,应用控制变量法. (2)要解决此题,需要掌握欧姆定律的内容,知道在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比.要使导体两端的电压相等,需要将两个导体并联. 而电路中电流的大小无法直接看出,可以用电流表、或灯泡的亮暗来表现出来.在画电路图时,要用电阻的符号来表示电阻丝. (3)在分析过程中,要知道电路中的电流越大,即灯泡越亮或电流表的示数越大,则导体的导电性能越强. 解答:解:(1)要研究导体电阻与导体材料的关系,需要选择不同的材料,并且要控制导体的长度和横截面积相等. D和H相比,导体的长度都是2.0m,横截面积都是0.5mm2,只有材料不同,所以可以探究导体电阻即导电性能与材料的关系. 故答案为:D;H. (2)在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比. 我们可以通过电流大小来得知导体电阻的大小,但两个导体两端的电压要相等,所以两导体需要并联在电路中. 我们可以通过电流表的示数来得知电路中电流的大小.可以在每条支路上都串联一块电流表. 故答案为:方法一: 我们还可以分别将两个导体接入电路中,分别读出它们接入电路中的电流值,通过比较电流的大小来判断电阻的大小.可以使两个电阻并联,每条支路都有一个开关控制它们,把电流表接在干路上. 故答案为:方法二: 我们还可以利用灯泡的亮暗来代替电流表,通过灯泡的亮暗判断电流的大小,从而得知可以判断电阻的大小关系,方法类似方法一. 故答案为: 我们还可以分别将两个导体接入电路中,分别观察它们接入电路中时的灯泡亮暗程度,通过比较灯泡的亮暗程度来判断电阻的大小.可以使两个电阻并联,每条支路都有一个开关控制它们,把灯泡接在干路上.方法类似方法二. 故答案为:方法四: (3)答:方法一:闭合开关S,读出电流表示数I1、I2,若I1>I2,则锰铜合金丝导电性能强,反之,则镍铬合金丝导电性能强,若I1=I2,则两种金属丝导电性能相同. 方法二:只闭合S1,读出电流表示数I1,只闭合S2,读出电流表示数I2,若I1>I2,则锰铜合金丝导电性能强,反之,则镍铬合金丝导电性能强,若I1=I2,则两种金属丝导电性能相同. 方法三:L1、L2为完全相同的两只小灯泡,闭合开关S,观察两只小灯泡的亮度,若L1亮,则锰铜合金丝导电性能强,若L2亮,则镍铬合金丝导电性能强,若两灯一样亮,则两种金属丝导电性能相同. 方法四:只闭合S1,观察小灯泡的亮度,只闭合S2,观察小灯泡的亮度,若第一次亮,则锰铜合金丝导电性能强,若第二次亮,则镍铬合金丝导电性能强,若两次一样亮,则两种金属丝导电性能相同.
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