2024高考物理一輪復(fù)習(xí)實驗十一測定金屬絲的電阻率題型突破練含解析魯科版

PAGE8-試驗十一測定金屬絲的電阻率熱點一教材原型試驗【典例1】在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”的試驗中: (1)某試驗小組用如圖所示電路對鎳鉻合金絲和康銅絲進行探究,a、b、c、d是四種金屬絲。①試驗小組探討時,某同學(xué)對此電路提出異議,他認(rèn)為,電路中應(yīng)當(dāng)串聯(lián)一個電流表,只有測出各段金屬絲的電阻,才能分析電阻與其影響因素的定量關(guān)系,你認(rèn)為要不要串聯(lián)電流表?并簡潔說明理由。

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②幾根鎳鉻合金絲和康銅絲的規(guī)格如下表所示:電路圖中金屬絲a、b、c分別為下表中編號為A、B、C的金屬絲,則金屬絲d應(yīng)為下表中的__________(用表中編號D、E、F表示)。

編號材料長度L/m橫截面積S/mm2A鎳鉻合金0.300.50B鎳鉻合金0.500.50C鎳鉻合金0.301.00D鎳鉻合金0.501.00E康銅絲0.300.50F康銅絲0.501.00(2)該試驗小組探究了導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系后,想測定某金屬絲的電阻率。①用毫米刻度尺測量金屬絲長度為L=80.00cm,用螺旋測微器測金屬絲的直徑如圖甲所示,則金屬絲的直徑d為________②按如圖乙所示連接好電路,測量金屬絲的電阻R。變更滑動變阻器的阻值,獲得六組I-U數(shù)據(jù)描在如圖所示的坐標(biāo)系上。由圖可求得金屬絲的電阻R=______Ω,該金屬絲的電阻率ρ=________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)。

【解析】(1)①串聯(lián)電路的電流到處相等,串聯(lián)電阻兩端電壓與電阻成正比,不須要測出電流,依據(jù)電阻兩端電壓大小即可比較電阻大小;②探究影響電阻的因素,應(yīng)用限制變量法,試驗已選A、B、C的金屬絲,依據(jù)限制變量法的要求,應(yīng)限制材料的長度與橫截面積相等而材料不同,因此d應(yīng)選表中的E。(2)①由圖示螺旋測微器可知,其示數(shù)為1.5mm+10.0×0.01mm=1.600mm;②依據(jù)坐標(biāo)系內(nèi)的點作出圖象如圖所示,由圖象可知,電阻值為R=UI=0.30.58Ω≈0.52Ω,由R=ρlS答案:(1)①不須要,串聯(lián)電路的電流到處相等,電壓與電阻成正比②E(2)①1.600mm【解題通法】測金屬電阻率試驗的四點提示(1)依據(jù)電阻定律得ρ=RSl(2)通過有關(guān)圖象來求電阻率。圖象法處理試驗數(shù)據(jù)是最常用的方法之一,要從物理規(guī)律動身,寫出圖象的函數(shù)關(guān)系式,弄清斜率、截距等的物理意義,從而求出相關(guān)物理量。(3)測定金屬電阻率試驗,由于被測金屬絲的阻值較小,一般采納電流表外接法。(4)試驗時特殊留意:為了便利,測量直徑時應(yīng)在金屬絲連入電路之前測量。熱點二創(chuàng)新型試驗雙電流表法【典例2】(2024·天津高考)現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。(1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示,其讀數(shù)是________mm。

(2)利用下列器材設(shè)計一個電路,盡量精確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω,畫出試驗電路圖,并標(biāo)明器材代號。電源E(電動勢10V,內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1 (量程0～250mA,內(nèi)阻R1=5Ω)電流表A2 (量程0～300mA,內(nèi)阻約為5Ω)滑動變阻器R (最大阻值10Ω,額定電流2開關(guān)S及導(dǎo)線若干(3)某同學(xué)設(shè)計方案正確,測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1,電流表A2的讀數(shù)為I2,則這段金屬絲電阻的計算式Rx=________。從設(shè)計原理看,其測量值與真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。

【創(chuàng)新點分析】(1)本試驗是試驗器材的創(chuàng)新,沒有電壓表可以用已知內(nèi)阻的電流表測電壓,假如有定值電阻也可用電流表和定值電阻串聯(lián)改裝代替。(2)待測電阻阻值遠(yuǎn)大于滑動變阻器阻值,為測多組試驗數(shù)據(jù),滑動變阻器應(yīng)采納分壓接法?！窘馕觥?1)依據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)法則可知讀數(shù)為0+20.0×0.01mm=(2)因該試驗沒有電壓表,電流表A1的內(nèi)阻已知,故用A1表當(dāng)電壓表運用;由于滑動變阻器的總阻值較小,為了使電路中的電流或電壓調(diào)整范圍大些,應(yīng)采納滑動變阻器的分壓式接法,如圖所示:(3)由電路圖可知流過Rx的電流為I2-I1,A1及Rx兩端的電壓為I1R1,因此Rx=I1該試驗的電流I2-I1為流過Rx的實際電流,電壓I1R1也為Rx的實際電壓,因此測量值和真實值相等。答案:(1)0.200(0.196～0.204均可)(2)如解析圖所示(3)I1R半偏法測量電表內(nèi)阻【典例3】(2024·全國卷Ⅲ)一課外試驗小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值,圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R0=20.0Ω);可視為志向電壓表;S1為單刀開關(guān),S2為單刀雙擲開關(guān);E為電源;R為滑動變阻器。采納如下步驟完成試驗:(1)依據(jù)試驗原理線路圖甲,將圖乙中實物連線。(2)將滑動變阻器滑動端置于適當(dāng)?shù)奈恢?閉合S1。(3)將開關(guān)S2擲于1端,變更滑動變阻器滑動端的位置,登記此時電壓表的示數(shù)U1;然后將S2擲于2端,登記此時電壓表的示數(shù)U2。(4)待測電阻阻值的表達式Rx=________(用R0、U1、U2表示)。

(5)重復(fù)步驟(3),得到如下數(shù)據(jù):12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U3.443.433.393.403.39(6)利用上述5次測量所得U2U1的平均值,求得Rx=________Ω。(保留【創(chuàng)新點分析】(1)采納單刀雙擲開關(guān)設(shè)計試驗更加便捷。(2)由常規(guī)的伏安法轉(zhuǎn)變?yōu)榘肫y量敏捷應(yīng)用?！窘馕觥?1)依電路圖連接實物圖如圖(4)由于電壓表可視為志向電壓表且滑動變阻器滑動端的位置不變時,通過R0和Rx電流不變,因此有U1R0=U2-U1R(6)將數(shù)據(jù)代入Rx=U2U1求平均值得Rx=48.2Ω答案:(1)見解析圖(4)U2-U等效法測電阻【典例4】(2024·淮南模擬)國標(biāo)(GB/T)規(guī)定自來水在15℃時電阻率應(yīng)大于13Ω·m。某同學(xué)利用圖甲電路測量15℃自來水的電阻率,其中內(nèi)徑勻稱的圓柱形玻璃管側(cè)壁連接一細(xì)管,細(xì)管上加有閥門K以限制管內(nèi)自來水的水量,玻璃管兩端接有導(dǎo)電活塞(活塞電阻可忽視),右側(cè)活塞固定,電源(電動勢約為3V,內(nèi)阻可忽視)電壓表V1(量程為3V,內(nèi)阻很大)電壓表V2(量程為3V,內(nèi)阻很大)定值電阻R1(阻值4kΩ)定值電阻R2(阻值2kΩ)電阻箱R(最大阻值9999.9Ω)單刀雙擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干,游標(biāo)卡尺,刻度尺。試驗步驟如下:A.用游標(biāo)卡尺測量并記錄玻璃管的內(nèi)徑d;B.向玻璃管內(nèi)注滿自來水,確保無氣泡;用刻度尺測量并記錄水柱長度L;C.把S撥到1位置,記錄電壓表V1示數(shù);D.把S撥到2位置,調(diào)整電阻箱阻值,使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同,記錄電阻箱的阻值R;E.變更玻璃管內(nèi)水柱長度,重復(fù)試驗步驟C、D;記錄每一次水柱的長度L和電阻箱的阻值R;F.斷開S,整理好器材。(1)測玻璃管內(nèi)徑d時游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖乙,則d=________mm。

(2)玻璃管內(nèi)水柱的電阻Rx的表達式為Rx=________(用R1、R2、R表示)。

(3)利用記錄的多組水柱長度L和對應(yīng)的電阻箱阻值R的數(shù)據(jù),繪制出如圖丙所示的R-1L圖象?？汕蟪鲎詠硭碾娮杪蕿開_______Ω·m(保留三位有效數(shù)字)。(4)本試驗若電壓表V1內(nèi)阻不是很大,則自來水電阻率測量結(jié)果將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【創(chuàng)新點分析】(1)本題考查利用等效替代法測電阻,分別求出S接1和接2時電路的總電壓,由并聯(lián)電壓相等列式,求出Rx。(2)全部的步驟都為了測電阻率,所以要測量電阻、水柱橫截面積、水柱的長度?！窘馕觥?1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為:2.0cm=20mm,游標(biāo)尺上第0個刻度和主尺上刻度對齊,(2)設(shè)把S撥到1位置時,電壓表V1示數(shù)為U,則電路電流為UR1,總電壓U總=URxR1+U,當(dāng)把S撥到2位置,調(diào)整電阻箱阻值,使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同也為U,則此時電路中的電流為UR,總電壓U總′=UR·R2+U,由于兩次總電壓相等,都等于電源電壓E,可得Rx(3)從圖丙中可知,R=1×103Ω時,1L=5.0m-1,此時玻璃管內(nèi)水柱的電阻Rx8000