2020高考物理大一輪復(fù)習(xí)新課改省份專用講義第九章第53課時(shí)測量金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)增分課含答案

1、第53課時(shí)測量金屬的電阻率(實(shí)驗(yàn)增分課)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。2掌握螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法。3會用伏安法測電阻，進(jìn)一步測量金屬的電阻率。二、實(shí)驗(yàn)原理1用伏安法測出金屬絲的電阻，實(shí)驗(yàn)電路如圖(甲或乙)。lS2由電阻定律RS，得Rl。三、實(shí)驗(yàn)器材待測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干。謹(jǐn)記部分器材用途螺旋測微器毫米刻度尺電流表、電壓表滑動變阻器測定金屬絲的直徑測定金屬絲的長度測定金屬絲的電流和電壓，計(jì)算電阻改變通過金屬絲的電流，多次測量求平均值4四、實(shí)驗(yàn)步驟1用螺旋測微器在待測

2、金屬絲上的三個(gè)不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計(jì)算出金屬絲的橫截面積Sd2。2按實(shí)驗(yàn)電路圖甲或乙連接好電路。3用毫米刻度尺測量接入電路中的待測金屬絲的有效長度，反復(fù)測量3次，求出其平均值l。4把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。5拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。五、數(shù)據(jù)處理1在求Rx的值時(shí)可用兩種方法U(1)用RxI分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。(2)用UI圖線的斜率求出。2計(jì)算電阻率S將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、S的值代入電阻率計(jì)算式Rxl，求出

3、待測金屬絲的電阻率。六、誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一。2采用伏安法測量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實(shí)值，使電阻率的測量值偏小。3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差。4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差。七、注意事項(xiàng)1金屬絲的電阻值較小，實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法。2測量金屬絲的有效長度，是指測量金屬絲接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長度，即電壓表兩端點(diǎn)間的金屬絲長度，測量時(shí)應(yīng)將金屬絲拉直，反復(fù)測量三次，求其平均值。3測金屬絲直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測量，求其平均值。4閉合

4、開關(guān)S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在接入電路的電阻值最大的位置。5在用伏安法測電阻時(shí)，通過金屬絲的電流I不宜過大(電流表用0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過長，以免金屬絲的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大?？挤ㄒ粚?shí)驗(yàn)原理和操作1在測定阻值較小的金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，在測量其電阻時(shí)應(yīng)選擇的電路是()解析：選D待測金屬阻值較小，在用伏安法測電阻時(shí)應(yīng)該用電流表外接法，題干中要求實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，故滑動變阻器要采用分壓接法，D正確。2(2019魯北四市檢測)要測量某種合金的電阻率。(1)若合金絲長度為L，直徑為D，阻值為

5、R，則其電阻率_。的直徑如圖甲所示，讀數(shù)為_mm。(2)圖乙是測量合金絲阻值的原理圖，S2是單刀雙擲開關(guān)。根據(jù)原理補(bǔ)充完整。用螺旋測微器測合金絲圖在圖丙中將實(shí)物連線解析：(1)合金絲電阻：RSD2，則電阻率：；由題圖甲可知，其讀數(shù)為：0.5mm15.70.01mm(3)閉合S1，當(dāng)S2處于位置a時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U11.35V，I10.30A；當(dāng)S2處于位置b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U20.92V，I20.32A。根據(jù)以上測量數(shù)據(jù)判斷，當(dāng)S2處于位置_(選填“a”或“b”)時(shí)，測量相對準(zhǔn)確，測量值Rx_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。L4LRD24L0.657mm。(2)如圖所示。

6、(3)根據(jù)U1.350.92U11.35I10.30答案：(1)0.657(2)見解析圖(3)b2.9I0.320.300.32，0.07，可知電壓表示數(shù)變化較大，說明電流表分壓作用較大，0.92因此采用電流表外接法時(shí)測量相對準(zhǔn)確，即S2處于位置b，根據(jù)歐姆定律有：Rx0.322.9。RD24L考法二數(shù)據(jù)處理和誤差分析3小張同學(xué)打算測量由某種合金材料制成的金屬絲的電阻率，待測金屬絲的橫截面為圓形。實(shí)驗(yàn)器材有：毫米刻度尺、螺旋測微器、電壓表(內(nèi)阻約幾千歐)、電流表(內(nèi)阻約幾歐)、滑動變阻器、電源、開關(guān)、待測金屬絲及導(dǎo)線若干。(1)用毫米刻度尺測量待測金屬絲的長度，用螺旋測微器測量其直徑，結(jié)果分別

7、如圖1和圖2所示，可得其長度L_cm，直徑D_mm。(2)該同學(xué)要用圖像法求出待測金屬絲的阻值，要求電壓從0開始變化。請將圖3所示實(shí)物電路圖中所缺導(dǎo)線補(bǔ)全。(3)圖4是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的6組電流I、電壓U的值描繪的點(diǎn)，由圖可求出電阻值R_(保留3位有效數(shù)字)。(4)請寫出待測金屬絲的電阻率的表達(dá)式_(用測得的物理量符號和已知常數(shù)表示)。解析：(1)待測金屬絲長度測量值為59.40cm；螺旋測微器的讀數(shù)為043.40.01mm0.434mm，即待測金屬絲直徑測量值為0.434mm。(2)要求電壓從0開始變化，故滑動變阻器采用分壓接法；待測金屬絲電阻較小，電流表采用外接法。實(shí)物電路圖連接如圖甲所示。

8、(4)由電阻定律可知，RS，S，解得：。答案：(1)59.400.434(0.4330.435均可)(2)見解析圖甲(3)5.80(5.705.90均可)(4)(3)在題圖4中用直線擬合各數(shù)據(jù)點(diǎn)，使直線通過盡量多的點(diǎn)，其他點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，舍棄離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，如圖乙所示，直線的斜率表示待測金屬絲的電阻，根據(jù)所畫直線可得R5.80。LD2RD244LRD24L4滑動變阻器由陶瓷筒和密繞在其上的螺線管狀電阻絲組成，為了在不破壞滑動變阻器的前提下粗略測量電阻絲的電阻率，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)：(1)測得螺線管1cm長度上的電阻絲匝數(shù)為n，則電阻絲的直徑d_m。(2)如圖甲所示，用游標(biāo)卡尺測量滑動變阻

9、器繞有電阻絲部分的外徑D，用刻度尺測量電阻絲螺線管的總長度L。游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖乙，則螺線管的外徑D是_m。螺線管外徑D遠(yuǎn)大于電阻絲直徑d，則繞制滑動變阻器的電阻絲的總長度可表示為_(用n、D、L和已知常數(shù)表示)。(3)用以下器材測量待測滑動變阻器R1的總電阻：A待測滑動變阻器R1(總電阻約為50)3B電流表A1(量程為50mA，內(nèi)阻r1為10)C電流表A2(量程為300mA，內(nèi)阻r2約為4)D滑動變阻器R2(最大阻值為10)E定值電阻R0(阻值為10)F電源E(電動勢約為3V，內(nèi)阻不計(jì))G單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干1測量中要求電流表的讀數(shù)不小于其量程的，方框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計(jì)的電路圖的一部分，請將電

10、路圖補(bǔ)畫完整。(4)若某次測量中電流表A1的示數(shù)為I1，電流表A2的示數(shù)為I2，則由已知量和測得量計(jì)算滑動變阻器總電阻的表達(dá)式為R1_。(5)計(jì)算繞制滑動變阻器的電阻絲的電阻率的表達(dá)式為_(n、d、D、L、R1表示)。1解析：(1)由題意得，電阻絲直徑dn102m。(2)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，螺線管外徑D31mm80.05mm31.40mm3.140102m?？傞L度為L的螺線管上電阻絲匝數(shù)N100Ln，滑動變阻器上繞的電阻絲總長度為L總DN100DLn。(4)由歐姆定律得(I2I1)R0I1(R1r1)，解得R12R0r1。d2R1d2(3)根據(jù)器材規(guī)格及實(shí)驗(yàn)要求知，測量滑動變阻器R1接入電路

11、中的電A1和滑動變阻器R1串聯(lián)，然后與定值電阻R0并聯(lián)，采用電流表A2測量流，滑動變阻器R2采用分壓接法，電路如圖所示。II1I1L，L總100DLn，聯(lián)立解得(5)由電阻定律得R1S總，S4400DLn。阻，可以先將電流表整個(gè)并聯(lián)電路的總電II1R1d2R0r1(5)(2)3.14010或0.03140100DLn(3)見解析圖(4)21答案：(1)n1022I1400DLn規(guī)律方法(1)利用圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，要首先推導(dǎo)出縱橫坐標(biāo)軸物理量的關(guān)系式。(2)用平滑的曲線進(jìn)行連線，讓盡量多的數(shù)據(jù)描點(diǎn)落在圖線上；如果連線為直線，不能落在連線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在兩側(cè)，偏差太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄。(3)充分應(yīng)用

12、圖像的斜率、截距等幾何元素，并注意縱橫起始坐標(biāo)是否為0。例1為測量某金屬絲的電阻率，小明同學(xué)取來一段粗細(xì)均勻、長為L0的金屬絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1)用螺旋測微器測金屬絲的直徑d，讀數(shù)如圖甲所示，則d_mm。(2)用一電阻擋有三個(gè)倍率(分別是1、10、100)的多用電表粗測金屬絲的電阻。選用10擋測量時(shí)，操作步驟正確，發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，為了較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，應(yīng)換到_擋。重新正確操作后，表盤的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_。(3)為進(jìn)一步準(zhǔn)確測量金屬絲的電阻，實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：A直流電源E(電動勢4V，內(nèi)阻不計(jì))；B電流表A1(量程0.6A，內(nèi)阻約1)；C電流表A2(量程150mA，內(nèi)阻約2)；D

13、電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約10k)：E滑動變阻器R1(阻值范圍015，允許通過的最大電流2.0A)；F滑動變阻器R2(阻值范圍02k，允許通過的最大電流0.5A)；G金屬絲Rx，開關(guān)、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)中，小明設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，其中電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(均填字母序號)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，開關(guān)S2應(yīng)接_(選填“1”或“2”)。請用筆畫線代替導(dǎo)線在圖丁中完成實(shí)物電路連接(部分連線已畫出)。若實(shí)驗(yàn)中測得該金屬絲的電阻為R0，則計(jì)算這種金屬絲電阻率的表達(dá)式為_(用題中給定的物理量符號和已知常數(shù)表示)。三步化“新”為“熟”1本實(shí)驗(yàn)有所創(chuàng)新，但實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜允菧y定金屬絲的電阻率。Ul2本實(shí)驗(yàn)依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原

14、理是RI和RS，測出金屬絲的電阻和長度以及橫截面積，就可以確定金屬絲的電阻率。3本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)有兩處，一是先用多用電表粗測金屬絲電阻的大小，目的是確定電流表量程的選擇及電流表的內(nèi)接法、外接法的選擇；二是實(shí)驗(yàn)電路中使用了單刀雙擲開關(guān)，考查了內(nèi)接法、外接法的選擇。解析(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為0.5mm，可動刻度讀數(shù)為18.00.01mm0.180mm，所以最終讀數(shù)(3)通過金屬絲的最大電流IA136mA，所以電流表選擇量程150mA的C；滑動變阻器采用分壓為0.5mm0.180mm0.680mm。(2)用10擋測量金屬絲的電阻時(shí)，表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，說明所選擋位太大，為了較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，

15、應(yīng)換到1擋。由題圖乙可知，該金屬絲的阻值是：R22122。U3R22接法，選擇阻值范圍小的E，便于調(diào)節(jié)；臨界電阻RARV2100001002，因?yàn)镽x，所以電流表采用內(nèi)接法測量誤差較小，由于滑動變阻器的最大阻值小于鹽把這段封閉的鹽水柱均勻拉長(鹽水柱的兩端始終與電極充分接觸)，測得鹽水柱長度L和對應(yīng)的電阻R，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出電阻R與長度L2的關(guān)系圖像如圖所示，則鹽水的電導(dǎo)率應(yīng)為_(用該圖線的斜率k、體積V表示)。若測得電導(dǎo)率約為“0.8”，則說明他的假設(shè)是正確的。三步化“新”為“熟”1本實(shí)驗(yàn)測定生理鹽水的電導(dǎo)率，和測定金屬電阻率實(shí)驗(yàn)原理是相同的。1L2根據(jù)假設(shè)法得出電導(dǎo)率和電阻率成反比D，再根據(jù)RS，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。3本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)有兩處，一是由測定金屬的電阻率創(chuàng)新為測定生理鹽水的電導(dǎo)率，對學(xué)生推理能力有一定的要求；二是用RL2圖像來處理數(shù)據(jù)，并應(yīng)用圖像的意義推導(dǎo)電導(dǎo)率的大小。LL10.10.81104解析(1)設(shè)電導(dǎo)率為D，根據(jù)他的假設(shè)可知：D，由電阻定律得：RSDS1250。RRARAR水柱的電阻，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。又體積VLS，解得：D。答案(