2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)08 測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)08　測(cè)定金屬的電阻率 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)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(cè)微器和游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法； 3．會(huì)用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)定金屬的電阻率． 二、實(shí)驗(yàn)原理 由電阻定律R＝ρ得ρ＝R.金屬導(dǎo)線的電阻R用伏安法測(cè)量，金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度l用毫米刻度尺測(cè)量，金屬導(dǎo)線的橫截面積S可由其直徑d算出，即S＝π2，直徑d可由螺旋測(cè)微器測(cè)出． 三、實(shí)驗(yàn)器材 　被測(cè)金屬絲、螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．直徑測(cè)定：用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一

2、次直徑，求出其平均值d，計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S＝. 2．電路連接：按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路． 3．長(zhǎng)度測(cè)量：用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量3次，求出其平均值l. 4．U、I測(cè)量：把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使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(dòng)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． (2018·長(zhǎng)春質(zhì)檢)(1)某實(shí)驗(yàn)小組在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)過程中，正確操作獲得金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖甲

3、、乙、丙所示，則金屬絲的直徑的讀數(shù)是________. (2)已知實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器阻值范圍為0～10 Ω，電流表內(nèi)阻約幾歐，電壓表內(nèi)阻約20 kΩ.電源為干電池(不宜在長(zhǎng)時(shí)間、大功率狀況下使用)，電動(dòng)勢(shì)E＝4.5 V，內(nèi)阻很小．則圖丁電路圖中________(填電路圖下方的字母代號(hào))電路為本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)采用的最佳電路．但用此最佳電路測(cè)量的結(jié)果仍然會(huì)比真實(shí)值偏________.(填“大”或“小”) (3)若實(shí)驗(yàn)所用的電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值RA是已知的，那么準(zhǔn)確測(cè)量金屬絲電阻Rx的最佳電路應(yīng)是圖丁中的________電路(填電路圖下的字母代號(hào))．此時(shí)測(cè)得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx＝_

4、_______(用題中字母代號(hào)表示)． 解析：(1)螺旋測(cè)微器先讀固定部分為0.5 mm，可動(dòng)部分可估讀為38.0×0.01 mm＝0.380 mm，故總示數(shù)為：(0.5＋0.380)mm＝0.880 mm；電流表量程為0.6 A，則最小刻度為0.02，指針?biāo)緸?.42 A；電流表量程為3 V，最小刻度為0.1 V，則讀數(shù)為2.25 V. (2)因電源不能在大功率下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，則本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用限流接法；同時(shí)電壓表內(nèi)阻較大，由以上讀數(shù)可知，待測(cè)電阻的內(nèi)阻約為5 Ω，故采用電流表外接法誤差較小，故選A；在實(shí)驗(yàn)中電壓表示數(shù)準(zhǔn)確，但電流測(cè)量的是干路電流，故電流表示數(shù)偏大，則由歐姆定律得出的結(jié)果

5、偏?。? (3)因已知電流表內(nèi)阻準(zhǔn)確值，則可以利用電流表內(nèi)接法準(zhǔn)確求出待測(cè)電阻；故應(yīng)選B電路；待測(cè)電阻及電流表總電阻R＝，則待測(cè)電阻Rx＝R－RA＝－RA． 答案：(1)0.880 mm　(2)A　小　(3)B?。璕A 一、數(shù)據(jù)處理 1．在求R的平均值時(shí)可用兩種方法 (1)用R＝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 將記錄的數(shù)據(jù)R、l、d的值代入電阻率計(jì)算式ρ＝R＝. 二、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(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一． 2．采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于

6、真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏?。? 3．金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來偶然誤差． 4．由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差． 三、注意事項(xiàng) 1．先測(cè)直徑，再連電路：為了方便，測(cè)量直徑時(shí)應(yīng)在金屬絲連入電路之前測(cè)量． 2．電流表外接法：本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法． 3．電流控制：電流不宜過大，通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免金屬絲溫度過高，導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中變大． (2018·河南開封模擬)在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)所測(cè)的金屬導(dǎo)體的形狀如圖甲所示，其橫截面為空心的等邊三角形，外等邊三角形的邊長(zhǎng)是內(nèi)等邊三角形邊長(zhǎng)的 2

7、 倍，內(nèi)三角形為中空．為了合理選用器材設(shè)計(jì)測(cè)量電路，他先用多用表的歐姆擋“×1”按正確的操作步驟粗測(cè)其電阻，指針如圖乙，則讀數(shù)應(yīng)記為________Ω. 現(xiàn)利用實(shí)驗(yàn)室的下列器材，精確測(cè)量它的電阻 R，以便進(jìn)一步測(cè)出該材料的電阻率 ρ： A．電源E(電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻約為1 Ω) B．電流表(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻r1 約為1 Ω) C．電流表(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻r2＝5 Ω) D．最大阻值為10 Ω的滑動(dòng)變阻器R0 E．開關(guān)S，導(dǎo)線若干 (1)請(qǐng)?jiān)趫D丙虛線框內(nèi)補(bǔ)充畫出完整、合理的測(cè)量電路圖． (2)先將R0調(diào)至最大，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R0，記下各電

8、表讀數(shù)，再改變R0進(jìn)行多次測(cè)量．在所測(cè)得的數(shù)據(jù)中選一組數(shù)據(jù)，用測(cè)量量和已知量來計(jì)算R時(shí)，若的示數(shù)為I1，的示數(shù)為I2，則該金屬導(dǎo)體的電阻 R＝________. (3)該同學(xué)用直尺測(cè)量導(dǎo)體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，用螺旋測(cè)微器測(cè)量了外三角形的邊長(zhǎng)a.測(cè)邊長(zhǎng)a時(shí)，螺旋測(cè)微器讀數(shù)如圖丁所示，則a＝________mm.用已經(jīng)測(cè)得的物理量 R、L、a 等可得到該金屬材料電阻率的表達(dá)式為ρ＝________. 解析：多用電表讀數(shù)為：6×1 Ω＝6 Ω； (1)測(cè)量電路如圖所示；(2)由歐姆定律可知：I2r2＝(I1－I2)R，解得R＝；(3)螺旋測(cè)微器讀數(shù)a＝5.5 mm＋0.01 mm×16.3＝5.

9、663 mm；導(dǎo)體的截面積為S＝a2－2＝a2，則根據(jù)歐姆定律R＝ρ，解得ρ＝ 答案：6　(1)電路圖見解析　(2)R＝　(3)5.663(5.661－5.665)　 方法1　伏安法測(cè)電阻 伏安法測(cè)電阻是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是高考考查的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)．它滲透在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，如測(cè)未知電阻、測(cè)電阻率、測(cè)各種電表內(nèi)阻等． 特點(diǎn)：大內(nèi)小外(內(nèi)接法測(cè)量值偏大，測(cè)大電阻時(shí)應(yīng)用內(nèi)接法測(cè)量，測(cè)小電阻時(shí)應(yīng)采用外接法測(cè)量) 方法2　伏伏法測(cè)電阻(電壓表的靈活選用) 若電壓表內(nèi)阻已知，則可將其當(dāng)作電流表、電壓表和定值電阻來使用． (1)如圖甲所示，兩電壓表的滿偏電流接近時(shí)，若已知的內(nèi)阻

10、R1，則可測(cè)出的內(nèi)阻R2＝R1. (2)如圖乙所示，兩電壓表的滿偏電流IV1?IV2時(shí)，若已知的內(nèi)阻R1，并聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可得的內(nèi)阻R2＝. 方法3　安安法測(cè)電阻(電流表的靈活選用) 　若電流表內(nèi)阻已知，則可將其當(dāng)作電流表、電壓表以及定值電阻來使用． (1)如圖甲所示，當(dāng)兩電流表所能測(cè)得的最大電壓接近時(shí)，如果已知的內(nèi)阻R1，則可測(cè)得的內(nèi)阻R2＝. (2)如圖乙所示，當(dāng)兩電流表的滿偏電壓UA2?UA1時(shí)，如果已知的內(nèi)阻R1，串聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可測(cè)得的電阻R2＝. 用伏安法測(cè)定一個(gè)待測(cè)電阻Rx的阻值(阻值約為200 Ω)，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材： 電池組E：電

11、動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì)； 電流表A1：量程0～15 mA，內(nèi)阻約為100 Ω； 電流表A2：量程0～300 μA，內(nèi)阻為1 000 Ω； 滑動(dòng)變阻器R1：阻值范圍0～20 Ω，額定電流2 A； 電阻箱R2，阻值范圍0～9 999 Ω，額定電流1 A； 開關(guān)S、導(dǎo)線若干． 要求實(shí)驗(yàn)中盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量Rx的阻值，請(qǐng)回答下列問題： (1)為了測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓，可以將電流表________(填寫器材代號(hào))與電阻箱串聯(lián)，并將電阻箱阻值調(diào)到________Ω，這樣可以改裝成一個(gè)量程為3.0 V的電壓表． (2)在圖中畫出完整測(cè)量Rx阻值的電路圖，并在圖中標(biāo)明器材代號(hào)． (3)調(diào)節(jié)

12、滑動(dòng)變阻器R1，兩表的示數(shù)如圖所示，可讀出電流表A1的示數(shù)是________mA，電流表A2的示數(shù)是________μA，測(cè)得待測(cè)電阻Rx的阻值是________. 解析：(1)把A2和R2串聯(lián)起來充當(dāng)電壓表，此電壓表量程為3 V，R2＝ Ω－1 000 Ω＝9 000 Ω. (3)由圖可知，電流表A1的示數(shù)為8.0 mA，電流表A2的示數(shù)是150 μA，待測(cè)電阻阻值為 Rx＝ Ω＝191 Ω. 答案：(1)A2　9 000　(2)電路如圖　(3)8.0　150　191 Ω 方法4　半偏法測(cè)電表內(nèi)阻 　(1)半偏法近似測(cè)量電流表內(nèi)阻． 如圖所示，測(cè)量電流表的內(nèi)阻，操作步驟

13、如下： ①斷開S2、閉合S1，調(diào)節(jié)R0，使表滿偏為I0； ②保持R0不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R，使表讀數(shù)為； ③由上得RA＝R. (2)半偏法近似測(cè)量電壓表內(nèi)阻． 如圖所示，測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，操作步驟如下： ①滑動(dòng)變阻器的滑片滑至最右端，電阻箱的阻值調(diào)到最大； ②閉合S1、S2，調(diào)節(jié)R0，使表示數(shù)指到滿偏刻度． ③斷開S2，保持R0不變，調(diào)節(jié)R，使表指針指到滿刻度的一半； ④由上得RV＝R. (2015·全國卷Ⅱ)電壓表滿偏時(shí)通過該表的電流是半偏時(shí)通過該表電流的兩倍．某同學(xué)利用這一事實(shí)測(cè)量電壓表的內(nèi)阻(半偏法)，實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下： 待測(cè)電壓表(量程3 V，內(nèi)阻約

14、為3 000 Ω)，電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值100 Ω，額定電流2 A)，電源E(電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻不計(jì))，開關(guān)2個(gè)，導(dǎo)線若干． (1)虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分，將電路圖補(bǔ)充完整． (2)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，寫出實(shí)驗(yàn)步驟：__________________________________________. (3)將這種方法測(cè)出的電壓表內(nèi)阻記為RV′，與電壓表內(nèi)阻的真實(shí)值RV相比，RV′______RV(填“>”、“＝”或“<”)主要理由是_____________________________________.

15、 解析：(1)由于R1的總阻值遠(yuǎn)小于測(cè)量電路總電阻，故控制電路采用分壓式接法，電路圖見答案． (2)(3)見答案． 答案：(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示 (2)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最?。婚]合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)R1，使電壓表的指針滿偏；保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0使電壓表的指針半偏；讀取電阻箱所示的電阻值，此即為測(cè)得的電壓表內(nèi)阻． (3)>　斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài)，電壓表所在支路總電阻增大，分得的電壓也增大；此時(shí)R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓，故RV′>RV 方法5　“電橋”法測(cè)電阻 在ab間接一靈敏電流

16、計(jì)如圖所示，當(dāng)其讀數(shù)為零時(shí)即Uab＝0，相當(dāng)于ab間斷路，此時(shí)φa＝φb , 則有IR1＝I′R3，IR2＝I′R4，兩式相除得R1/R2＝R3/R4即R1R4＝R2R3 此時(shí)交叉電阻的乘積相等，所以知道其中任意三個(gè)電阻就可以求出第四個(gè)電阻的阻值． (2017·全國卷Ⅱ)某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路測(cè)量一微安表(量程為100 μA，內(nèi)阻大約為2 500 Ω)的內(nèi)阻．可使用的器材有：兩個(gè)滑動(dòng)變阻器R1、R2(其中一個(gè)阻值為20 Ω，另一個(gè)阻值為2 000 Ω)；電阻箱Rz(最大阻值為99 999.9 Ω)；電源E(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V)；單刀開關(guān)S1和S2.C、D分別為兩個(gè)滑動(dòng)變阻器

17、的滑片． 　 　　 　圖(a) (1)按原理圖(a)將圖(b)中的實(shí)物連線． (2)完成下列填空： ①R1的阻值為________ Ω(填“20”或“2 000”)． ②為了保護(hù)微安表，開始時(shí)將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動(dòng)變阻器的________端(填“左”或“右”)對(duì)應(yīng)的位置；將R2的滑片D置于中間位置附近． ③將電阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，接通S1.將R1的滑片置于適當(dāng)位置，再反復(fù)調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置．最終使得接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明S2接通前B與D所在位置的電勢(shì)________(填“相等”或“不相等”)．

18、④將電阻箱Rz和微安表位置對(duì)調(diào)，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2 601.0 Ω時(shí)，在接通S2前后，微安表的示數(shù)也保持不變．待測(cè)微安表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個(gè)位)． (3)寫出一條提高測(cè)量微安表內(nèi)阻精度的建議：_________________________________. 解析：(1)根據(jù)原理圖(a)，將圖(b)中的實(shí)物連線如圖所示． (2)①滑動(dòng)變阻器R1在實(shí)驗(yàn)中為控制電路，且為分壓接法，應(yīng)選總阻值小的滑動(dòng)變阻器，故R1的阻值為20 Ω. ②為了保護(hù)微安表，S1閉合時(shí)，微安表上的電壓為零，故開始時(shí)應(yīng)將R1的滑片C滑到滑動(dòng)變阻器的左端． ③接通S2前

19、后，微安表的示數(shù)保持不變，說明S2閉合后，沒有電流流過S2，故B、D兩點(diǎn)的電勢(shì)相等． ④實(shí)驗(yàn)過程中，由于測(cè)量電路，即由Rz、、R2組成的電路的阻值很大，可認(rèn)為測(cè)量電路兩端的電壓不變，故與Rz互換后通過R2、Rz和的電流不變，電路如圖所示． 由于B、D兩點(diǎn)的電勢(shì)相等，對(duì)于圖甲，I1RμA＝I2R′ I1Rz1＝I2R，即＝ 對(duì)于圖乙，I1Rz2＝I2R′ I1RμA＝I2R.即＝ 所以＝ 所以RμA＝＝ Ω＝2 550 Ω. (3)提高測(cè)微安表內(nèi)阻的精度，可減小系統(tǒng)誤差，如調(diào)節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程． 答案：(1)見解析圖　(2)①20　②左?、巯嗟取、? 550　(3)調(diào)節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程 10