题目
C. s-|||-A ∠ D +6-|||-U-|||-L-|||-→(B)如图所示,一块均匀的长方体金属导体,上下厚度为L,当给导体的上下表面加上电压U时,流过导体的电流为I,当给导体的前后表面加上电压U时,流过导体的电流为(I)/(4),当给导体的左右表面加上电压U时,流过导体的电流为(I)/(9),下列说法正确的是( )A. AC的长度为4LB. AD的长度为6LC. 导体的体积为12L3D. 导体的电阻率为(6UL)/(I)
如图所示,一块均匀的长方体金属导体,上下厚度为L,当给导体的上下表面加上电压U时,流过导体的电流为I,当给导体的前后表面加上电压U时,流过导体的电流为$\frac{I}{4}$,当给导体的左右表面加上电压U时,流过导体的电流为$\frac{I}{9}$,下列说法正确的是( )- A. AC的长度为4L
- B. AD的长度为6L
- C. 导体的体积为12L3
- D. 导体的电阻率为$\frac{6UL}{I}$
题目解答
答案
D. 导体的电阻率为$\frac{6UL}{I}$
解析
本题考查电阻定律和欧姆定律的综合应用,关键在于理解不同电压施加方向下导体的等效电阻变化。解题核心思路是:
- 确定不同电压方向对应的导体长度和横截面积;
- 利用电阻定律和欧姆定律建立方程;
- 联立方程求解导体尺寸及电阻率。
设定变量
设AC的长度为$x$,AD的长度为$y$,导体的电阻率为$\rho$。
上下表面加电压
- 长度为$L$,横截面积为$S=xy$;
- 根据电阻定律:$R = \rho \frac{L}{xy}$;
- 欧姆定律:$R = \frac{U}{I}$;
- 联立得:$\rho \frac{L}{xy} = \frac{U}{I}$ → $\rho = \frac{U}{I} \cdot \frac{xy}{L}$。
前后表面加电压
- 长度为$x$,横截面积为$L \cdot y$;
- 根据电阻定律:$R = \rho \frac{x}{Ly}$;
- 欧姆定律:$R = \frac{U}{I/4} = \frac{4U}{I}$;
- 联立得:$\rho \frac{x}{Ly} = \frac{4U}{I}$;
- 代入$\rho$表达式:$\frac{U}{I} \cdot \frac{xy}{L} \cdot \frac{x}{Ly} = \frac{4U}{I}$ → $x^2 = 4L^2$ → $x = 2L$。
左右表面加电压
- 长度为$y$,横截面积为$L \cdot x$;
- 根据电阻定律:$R = \rho \frac{y}{Lx}$;
- 欧姆定律:$R = \frac{U}{I/9} = \frac{9U}{I}$;
- 联立得:$\rho \frac{y}{Lx} = \frac{9U}{I}$;
- 代入$\rho$表达式:$\frac{U}{I} \cdot \frac{xy}{L} \cdot \frac{y}{Lx} = \frac{9U}{I}$ → $y^2 = 9L^2$ → $y = 3L$。
验证选项
- A、B:$x=2L$,$y=3L$,故AB错误;
- C:体积$V = L \cdot x \cdot y = L \cdot 2L \cdot 3L = 6L^3$,故C错误;
- D:代入$x=2L$,$y=3L$,$\rho = \frac{U}{I} \cdot \frac{2L \cdot 3L}{L} = \frac{6UL}{I}$,故D正确。