题目
两条粗细相同的镍铬合金电阻线,长度分别为3米和1米,20℃时它们的电阻之比为3:1,当温度上升到40℃,它们的电阻之比是(横截面积变化不计)( )A. 大于3:1B. 等于3:1C. 小于3:1D. 等于1:3
两条粗细相同的镍铬合金电阻线,长度分别为3米和1米,20℃时它们的电阻之比为3:1,当温度上升到40℃,它们的电阻之比是(横截面积变化不计)( )
A. 大于3:1
B. 等于3:1
C. 小于3:1
D. 等于1:3
题目解答
答案
B. 等于3:1
解析
考查要点:本题主要考查电阻温度特性及电阻比值的计算,需理解电阻率随温度变化的规律对电阻比值的影响。
解题核心思路:
- 电阻公式:$R = \rho \frac{L}{S}$,其中$\rho$为电阻率,$L$为长度,$S$为横截面积。
- 温度影响:温度变化导致电阻率$\rho$变化,但题目中两电阻线材料相同,温度变化相同,故$\rho$变化比例相同。
- 比值不变性:温度变化使$\rho$整体同比例变化,但长度比$L_1:L_2=3:1$不变,因此电阻比保持原值。
破题关键:
- 材料相同,温度变化时$\rho$变化比例相同,抵消比值中的温度影响。
- 长度决定比值,温度不影响长度与横截面积,故电阻比不变。
步骤1:初始电阻比分析
两电阻线粗细相同($S_1=S_2$),材料相同($\rho_{20℃}$相同),长度比$L_1:L_2=3:1$。
由$R = \rho \frac{L}{S}$,得初始电阻比:
$\frac{R_1}{R_2} = \frac{\rho \frac{3}{S}}{\rho \frac{1}{S}} = 3:1.$
步骤2:温度变化后的电阻率
温度升至40℃,电阻率变为$\rho_{40℃} = k \cdot \rho_{20℃}$($k>1$,因金属电阻率随温度升高增大)。
步骤3:新电阻比计算
新电阻分别为:
$R_1' = \rho_{40℃} \frac{3}{S}, \quad R_2' = \rho_{40℃} \frac{1}{S}.$
比值为:
$\frac{R_1'}{R_2'} = \frac{k \cdot \rho \frac{3}{S}}{k \cdot \rho \frac{1}{S}} = 3:1.$
结论:温度变化使$\rho$同比例增大,但比值中$k$和$\rho$被约去,故电阻比仍为3:1。