高中物理《必修第三冊(cè)》課后習(xí)題 3.實(shí)驗(yàn) 導(dǎo)體電阻率的測(cè)量

3.實(shí)驗(yàn):導(dǎo)體電阻率的測(cè)量合格考達(dá)標(biāo)練1.現(xiàn)有一合金制成的圓柱體,用螺旋測(cè)微器測(cè)量該圓柱體的直徑,用游標(biāo)卡尺測(cè)量該圓柱體的長(zhǎng)度,螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖甲和圖乙所示,由圖甲讀得圓柱體的直徑為mm,由圖乙讀得圓柱體的長(zhǎng)度為cm。

答案2.7103.975解析由題圖所示可知,螺旋測(cè)微器固定刻度示數(shù)為2.5mm,游標(biāo)尺示數(shù)為21.0×0.01mm=0.210mm,螺旋測(cè)微器示數(shù)為2.5mm+0.210mm=2.710mm;由題圖乙所示可知,游標(biāo)卡尺主尺示數(shù)為3.9cm=39mm,游標(biāo)尺示數(shù)為15×0.05mm=0.75mm,游標(biāo)卡尺示數(shù)為39mm+0.75mm=39.75mm=3.975cm。2.(2021山東濰坊一中月考)關(guān)于電流表和電壓表的讀數(shù):(1)如圖甲所示是學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個(gè)量程的電流表刻度盤,當(dāng)用“-”和“0.6”兩接線柱時(shí),能測(cè)量的最大電流是A,對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格代表A,圖甲所示示數(shù)為A;當(dāng)使用電流表的“-”和“3”兩接線柱時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格代表A,圖甲所示示數(shù)為A。

(2)圖乙為學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個(gè)量程的電壓表刻度盤,當(dāng)使用較小量程時(shí),測(cè)量電壓的最大值不得超過V,對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格表示V,圖乙所示示數(shù)為V;若使用的是較大量程時(shí),則對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格表示V,圖乙所示示數(shù)為V。

答案(1)0.60.020.340.11.70(2)30.12.200.511.0解析(1)電流表和電壓表的接線柱上的數(shù)字表示其量程。由圖甲知,當(dāng)使用電流表的“-”和“0.6”兩接線柱時(shí),能測(cè)量的最大電流是0.6A,對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格代表0.630A=0.02A,電流表示數(shù)為17×0.02A=0.34A;當(dāng)使用電流表的“-”和“3”兩接線柱時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格代表330A=0.1A,電流表示數(shù)為17.0×0.1A=1.(2)由圖乙知,電壓表的較小量程為0~3V,所以測(cè)量電壓的最大值不得超過3V,對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格表示330V=0.1V,電壓表示數(shù)為22.0×0.1V=2.20V;若使用的是較大量程時(shí),則對(duì)應(yīng)刻度盤上的每一小格表示1530V=0.5V,電壓表示數(shù)為22×0.5V=11.03.(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)圓柱體的直徑時(shí),示數(shù)如圖甲所示,此示數(shù)為mm。

(2)一游標(biāo)卡尺的主尺最小分度為1mm,游標(biāo)上有10個(gè)小等分間隔,現(xiàn)用此卡尺來測(cè)量工件的直徑,如圖乙所示。該工件的直徑為mm。

答案(1)8.117(8.116~8.118均可)(2)29.8解析(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為8mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×11.7mm=0.117mm。所以最終讀數(shù)為:8mm+0.117mm=8.117mm,由于需要估讀因此在范圍8.116~8.118內(nèi)均正確。(2)游標(biāo)卡尺的固定刻度讀數(shù)為29mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.1×8=0.8mm,所以最終讀數(shù)為:29mm+0.8mm=29.8mm。4.某興趣小組通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量河水的電阻率,現(xiàn)備有一根均勻的長(zhǎng)玻璃管(兩端各有一個(gè)圓形電極,可裝入樣品水,接觸電阻不計(jì))、電壓表(量程12V、內(nèi)阻約為1000Ω)、電流表(量程100μA、內(nèi)阻約為5Ω)、滑動(dòng)變阻器(10Ω、1A)、電池組(電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻不計(jì))、開關(guān)、導(dǎo)線、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、待測(cè)樣品水(電阻約為200kΩ)。請(qǐng)回答下列問題:(1)如下圖所示,用游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品水的長(zhǎng)度L=mm,螺旋測(cè)微器測(cè)出直徑d=mm。

(2)為了精確測(cè)量,測(cè)量電路圖應(yīng)選。

答案(1)70.606.580(2)D解析(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品水的長(zhǎng)度L=70mm+0.05mm×12=70.60mm;螺旋測(cè)微器測(cè)出直徑d=6.5mm+0.01mm×8.0mm=6.580mm。(2)比較待測(cè)水樣的電阻、電壓表的內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻可知,待測(cè)水樣的電阻遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻,則應(yīng)該采用電流表內(nèi)接;滑動(dòng)變阻器用分壓電路,則電路圖D合適。5.某同學(xué)需測(cè)量一個(gè)圓柱體工件的電阻率,該同學(xué)先用螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體的直徑,游標(biāo)卡尺測(cè)量該圓柱體的長(zhǎng)度。(1)螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)如上圖,則直徑為D=mm,圓柱體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=mm。

(2)為了測(cè)量出該金屬的電阻,該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路,請(qǐng)按設(shè)計(jì)的電路完成實(shí)物圖乙的連線。(3)如圖丙所示,實(shí)驗(yàn)中當(dāng)把電壓表的右端分別接于a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí),發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)有明顯的變化。若實(shí)驗(yàn)時(shí)把電壓表的右端接于a點(diǎn),這時(shí)測(cè)得的電阻值比真實(shí)值偏(選填“大”或“小”)。

(4)實(shí)驗(yàn)測(cè)得工件兩端的電壓為U,通過的電流為I,寫出該工件材料電阻率的表達(dá)式ρ=(用已測(cè)量的物理量相應(yīng)的字母表達(dá))。

答案(1)1.61038.35(2)(3)小(4)π解析(1)螺旋測(cè)微器示數(shù)為1.5mm+11.0×0.01mm=1.610mm游標(biāo)卡尺示數(shù)為38mm+7×0.05mm=38.35mm(2)根據(jù)圖示電路圖連接實(shí)物電路圖,實(shí)物電路圖如圖所示(3)若實(shí)驗(yàn)時(shí)把電壓表的右端接于a點(diǎn),電壓表測(cè)量值等于真實(shí)值,而電流表測(cè)量值大于真實(shí)值,因此依據(jù)R=UI,(4)電阻:R=U由電阻定律可知:R=ρLS=ρ則電阻率為:ρ=π等級(jí)考提升練6.(2021山東濰坊聯(lián)考)有一待測(cè)的電阻器Rx,其阻值在40~45Ω。實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)器材有:電壓表V(量程0~10V,內(nèi)電阻20kΩ)電流表A1(量程0~50mA,內(nèi)電阻約20Ω)電流表A2(量程0~300mA,內(nèi)電阻約4Ω)滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為20Ω,額定電流為1A)滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為300Ω,額定電流為0.1A)直流電源(8V)開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)要求電表讀數(shù)從零開始變化,并多測(cè)出幾組電流值、電壓值,請(qǐng)選擇合適的器材畫出實(shí)驗(yàn)原理圖。(所用器材要用題目中給定的符號(hào)標(biāo)出)(2)用(1)中的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),測(cè)量值(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值。

答案(1)如圖所示(2)小于解析(1)被測(cè)電阻經(jīng)過的最大電流約為I=840A=0.2A=200mA,故電流表選A2;實(shí)驗(yàn)要求電表讀數(shù)從零開始變化,并能多測(cè)出幾組電流值、電壓值,則滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法;滑動(dòng)變阻器選擇R1;因?yàn)楸粶y(cè)電阻的阻值在40~45Ω,更接近電流表的內(nèi)電阻(約4Ω),遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)電阻(約20kΩ),所以采用電流表外接法測(cè)量的誤差更小,(2)采用電流表外接法,測(cè)出的電流值包含了電壓表的分流,由R=UI,I偏大,7.在“金屬電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)中,提供的電源是一節(jié)內(nèi)阻可不計(jì)的干電池,待測(cè)金屬絲的直徑小于1mm,長(zhǎng)度約為80cm,阻值約為3Ω,使用的電壓表有0~3V(內(nèi)阻約為3kΩ)和0~15V(內(nèi)阻約為15kΩ)兩個(gè)量程,電流表有0~0.6A(內(nèi)阻約為0.1Ω)和0~3A(內(nèi)阻約為0.02Ω)兩個(gè)量程,供限流用的滑動(dòng)變阻器有:A.0~10Ω;B.0~100Ω;C.0~1500Ω三種,可供選擇的實(shí)驗(yàn)電路有如圖所示的甲、乙兩種。用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲的直徑如圖丙所示,則:(1)螺旋測(cè)微器的示數(shù)是mm。

(2)為減小測(cè)量電阻的誤差,應(yīng)選用圖所示的電路。

(3)為了便于調(diào)節(jié),應(yīng)選用編號(hào)為的滑動(dòng)變阻器。

(4)電壓表的量程應(yīng)選用V。

(5)電流表的量程應(yīng)選用A。

答案(1)0.806(0.804~0.808均正確)(2)乙(3)A(4)0~3(5)0~0.6解析(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0.5mm+30.6×0.01mm=0.806mm;(2)根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)為1.5V可知,電壓表應(yīng)選0~3V的量程;根據(jù)I=UR可求出通過待測(cè)電阻的最大電流為Imax=ERx=0.5A,所以電流表應(yīng)選0~0.6A的量程;由于待測(cè)電阻滿足RVR(3)為使實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)方便,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選A;(4)根據(jù)(2)的分析可知,電壓表應(yīng)選0~3V的量程;(5)根據(jù)(2)的分析可知,電流表應(yīng)選0~0.6A的量程。8.在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)進(jìn)行了如下測(cè)量:(1)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度。測(cè)量3次,求出其平均值l。其中一次測(cè)量結(jié)果如圖甲所示,金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對(duì)齊,圖中讀數(shù)為cm。用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑,選不同的位置測(cè)量3次,求出其平均值d。其中一次測(cè)量結(jié)果如圖乙所示,圖中讀數(shù)為mm。

(2)采用如圖所示的電路測(cè)量金屬絲的電阻。電阻的測(cè)量值比真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”)。最后由公式ρ=計(jì)算出金屬絲的電阻率(用直接測(cè)量的物理量表示)。

(3)請(qǐng)你根據(jù)電路圖在實(shí)物圖中進(jìn)行實(shí)物連線。(電流表選0.6A量程,電壓表選3V量程)答案(1)24.14(24.12~24.16均可)0.516(0.515~0.518均可)(2)偏小πd2解析(1)由題圖刻度尺可知,其分度值為1mm,示數(shù)為24.12~24.16cm;由圖示螺旋測(cè)微器可知,其示數(shù)為:0.5mm+1.6×0.01mm=0.516mm;(2)采用安培表外接法,由于電壓表的內(nèi)阻不是無窮大,電壓表有分流,從而電流表的測(cè)量值大于真實(shí)值,由R=UI可知,電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值;由R=ρlS,R=UI,S=14πd2,可得(3)實(shí)物連接如下圖所示。9.甲(2020全國(guó)Ⅰ卷)某同學(xué)用伏安法測(cè)量一阻值為幾十歐姆的電阻Rx,所用電壓表的內(nèi)阻為1kΩ,電流表內(nèi)阻為0.5Ω。該同學(xué)采用兩種測(cè)量方案,一種是將電壓表跨接在圖甲所示電路的O、P兩點(diǎn)之間,另一種是跨接在O、Q兩點(diǎn)之間。測(cè)量得到如圖乙所示的兩條U-I圖線,其中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)?；卮鹣铝袉栴}:(1)圖乙中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在(選填“O、P”或“O、Q”)兩點(diǎn)的方案測(cè)量得到的。

乙(2)根據(jù)所用實(shí)驗(yàn)器材和圖乙可判斷,由圖線(選填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的結(jié)果更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值,結(jié)果為Ω(保留1位小數(shù))。

(3)考慮到實(shí)驗(yàn)中電表內(nèi)阻的影響,需對(duì)(2)中得到的結(jié)果進(jìn)行修正,修正后待測(cè)電阻的阻值為Ω(保留1位小數(shù))。

答案(1)O、P(2)Ⅰ50.5(3)50.0解析找清楚誤差產(chǎn)生的原因,在電流相等的情況下,跨接在“O、Q”兩點(diǎn)間的電壓表的示數(shù)比跨接在“O、P”兩點(diǎn)間的電壓表的示數(shù)大。(1)在