2020年高考物理 必考17個實驗精講精練 專題09 測定金屬的電阻率（含解析）

測定金屬的電阻率一、知識點梳理電阻定律，其中為電阻率，則，L為導線長度，用刻度尺測量，S為導線橫截面積，為導線直徑，用游標卡尺或螺旋測微器測量。游標卡尺和螺旋測微器的結構、使用和讀數(shù)游標卡尺：先讀主尺，再讀游標尺，然后相加。游標尺的第幾個格與主尺的某格對齊，則用游標卡尺的精確度乘以幾。游標卡尺精確度一般有3種，即0.1mm(10個格的游標尺),0.05mm(20個格的游標尺),0.02mm(50個格的游標尺).游標卡尺不估讀。螺旋測微器：先讀固定刻度，再可動刻度，然后相加。螺旋測微器要估讀。電阻R用伏安法測量。1. 伏安法測電阻中電流表內(nèi)接和外接電路電路圖如下甲圖，是電流表外接，乙圖則是電流表內(nèi)接。2.誤差分析電流表外接時，電壓表分流引起系統(tǒng)誤差，測量值=，為電阻R與電壓表內(nèi)阻的并聯(lián)值，所以，測量值小于真實值。電流表內(nèi)接時，測量值為，為電阻與電流表內(nèi)阻的串聯(lián)值，所以，測量值大于真實值。所以，當電阻小于小于電壓表內(nèi)阻時，是小電阻用電流表外接法，當電阻大于大于電流表內(nèi)阻時，是大電阻，用電流表內(nèi)接法。3.怎樣才算小電阻和大電阻呢？取，待測電阻R，若，則為小電阻，用電流表外接法；若，則為大電阻，用電流表內(nèi)接法。關于伏安法測電阻實驗中的電流表外接和內(nèi)接的問題，是高考的重點和熱點，也是學生學習中的難點，有的同學總有點似懂非懂、似是而非的感覺。通過例題談一談測電阻實驗中的電流表內(nèi)接和電流表外接的問題。二、例題和習題（含近年來高考全國1、全國2、全國3、北京、天津、江蘇省、海南等卷物理實驗題）1. （2019年高考天津卷第9（3）題）現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結果如圖所示，其讀數(shù)是_。固定刻度0，可動刻度0.200，答案為0.200mm利用下列器材設計一個電路，盡量準確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻，約為，畫出實驗電路圖，并標明器材代號。電源 （電動勢，內(nèi)阻約為）電流表 （量程，內(nèi)阻）電流表 （量程，內(nèi)阻約為）滑動變阻器 （最大阻值，額定電流）開關及導線若干某同學設計方案正確，測量得到電流表的讀數(shù)為，電流表的讀數(shù)為，則這段金屬絲電阻的計算式_。從設計原理看，其測量值與真實值相比_（填“偏大”、“偏小”或“相等”）?！敬鸢浮?.（3）（均可） 如圖 相等【解析】并聯(lián)電路電阻與電流成反比解得.從原理看，測量值等于真實值。因為根據(jù)的原理是并聯(lián)電路電阻與電流成反比。2. （2019年高考全國2卷23題）（10分）某小組利用圖（a）所示的電路，研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關系，圖中V1和V2為理想電壓表；R為滑動變阻器，R0為定值電阻（阻值100 ）；S為開關，E為電源。實驗中二極管置于控溫爐內(nèi)，控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計（圖中未畫出）測出。圖（b）是該小組在恒定電流為50.0A時得到的某硅二極管U-I關系曲線?；卮鹣铝袉栴}：（1）實驗中，為保證流過二極管的電流為50.0A，應調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電壓表V1的示數(shù)為U1= mV；根據(jù)圖（b）可知，當控溫爐內(nèi)的溫度t升高時，硅二極管正向電阻 （填“變大”或“變小”），電壓表V1示數(shù) （填“增大”或“減小”），此時應將R的滑片向 （填“A”或“B”）端移動，以使V1示數(shù)仍為U1。（2）由圖（b）可以看出U與t成線性關系，硅二極管可以作為測溫傳感器，該硅二極管的測溫靈敏度為= ×10-3V/（保留2位有效數(shù)字）。【答案】23（1）5.00 變小 增大 B （2）2.8【解析】(1) 溫度升高，電壓變小，電流不變，所以電阻變小。，I增大，電壓增大，要使V1示數(shù)仍為U1，電流應仍然為50.0mA，應增大電阻R，所以應將R的滑片向B滑動。(2) 3. （2019年高考江蘇省物理卷第11題）（10分）某同學測量一段長度已知的電阻絲的電阻率實驗操作如下：（1）螺旋測微器如題11-1圖所示在測量電阻絲直徑時，先將電阻絲輕輕地夾在測砧與測微螺桿之間，再旋動 （選填“A”“B”或“C”），直到聽見“喀喀”的聲音，以保證壓力適當，同時防止螺旋測微器的損壞（題111圖）（2）選擇電阻絲的 （選填“同一”或“不同”）位置進行多次測量，取其平均值作為電阻絲的直徑（3）題11-2甲圖中Rx，為待測電阻絲請用筆畫線代替導線，將滑動變阻器接入題11-2乙圖實物電路中的正確位置（題11-2甲圖） （題11-2乙圖）（4）為測量R，利用題11-2甲圖所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值，作出的U1I1關系圖象如題11-3圖所示接著，將電壓表改接在a、b兩端，測得5組電壓U2和電流I2的值，數(shù)據(jù)見下表：U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出U2I2圖象（5）由此，可求得電阻絲的Rx= 根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率【答案】（1）C （2）不同 （3）見圖1 （4）見圖2 （5）23.5（23.024.0都算對）【解析】根據(jù)U-I圖象的斜率求電阻的方法，由圖2，所以。4. 一課外實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為標準定值電阻（R0=20.0 ）；可視為理想電壓表。S1為單刀開關，S2位單刀雙擲開關，E為電源，R為滑動變阻器。采用如下步驟完成實驗：（1）按照實驗原理線路圖（a），將圖（b）中實物連線；（2）將滑動變阻器滑動端置于適當位置，閉合S1；（3）將開關S2擲于1端，改變滑動變阻器動端的位置，記下此時電壓表的示數(shù)U1；然后將S2擲于2端，記下此時電壓表的示數(shù)U2；（4）待測電阻阻值的表達式Rx=_（用R0、U1、U2表示）；（5）重復步驟（3），得到如下數(shù)據(jù)：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39（6）利用上述5次測量所得的平均值，求得Rx=_。（保留1位小數(shù)）【解析】實驗原理：，其中，代入得Rx=【答案】23（1） （4） （6）48.25. 某同學用伏安法測定待測電阻Rx的阻值（約為10 k），除了Rx，開關S、導線外，還有下列器材供選用：A電壓表（量程01 V，內(nèi)阻約為10 k）B電壓表（量程010 V，內(nèi)阻約為100 k）C電流表（01 mA內(nèi)阻約為30 ）D電流表（00.6 A，內(nèi)阻約為0.05 ）E電源（電動勢1.5 V，額定電流0.5 A，內(nèi)阻不計）F電源（電動勢12 V，額定電流2 A，內(nèi)阻不計）G滑動變阻器R0（阻值范圍010 ，額定電流2 A）為使測量盡量準確，電壓表選用_，電流表選用_，電源選用_。（均填器材的字母代號）；畫出測量Rx阻值的實驗電路圖。該同學選擇器材、連接電路和操作均正確，從實驗原理上看，待測電阻測量值會_其真實值（填“大于”“小于”或“等于”），原因是_?！窘馕觥恳驗榇郎y電阻很大，所以電路圖中電流表內(nèi)接。已經(jīng)滿足電流表內(nèi)阻很小，電壓表內(nèi)阻很大，所以器材選擇主要考慮誤差小。當電源電動勢1.5 V時，電路電流約為，當電源電動勢12 V時，電路電流約為，所以電流表選C，因為如果選D，電流表指針偏轉太小，則誤差太大。此時電源要選F,因為如果選E，電流太??；電壓表要選B?！敬鸢浮?.（3）B；C；F大于；電壓表的讀數(shù)大于待測電阻兩端實際電壓（其他正確表述也可）6. 小明同學通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關系已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 ，R隨t的升高而增大實驗電路如圖所示，控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度實驗時閉合S，先將開關K與1端閉合，調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，和電流表的相應示數(shù)I1，I2，然后將開關K與2端閉合，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)再次為I1，I2，分別記下電阻箱相應的示數(shù)R1，R2，（1）有以下兩種電流表，實驗電路中應選用（A）量程0100 mA，內(nèi)阻約2（B）量程00.6 A，內(nèi)阻可忽略（2）實驗過程中，要將電阻箱的阻值由9.9 調(diào)節(jié)至10.0，需旋轉圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”，正確的操作順序是將旋鈕a由“0”旋轉至“1” 將旋鈕b由“9”旋轉至“0”將旋鈕c由“9”旋轉至“0”（3） 實驗記錄的t和R的數(shù)據(jù)見下表：請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出R-t圖線由圖線求得R隨t的變化關系為R=【答案】（1）A （2）（或）（3）見下圖 0.04t+8.8（0.04t+8.60.04t+9.0都算對） 【解析】（1）已知電源電動勢為1.5V，R在常溫下的阻值為約10,當滑動變阻器接入電路的阻值最大時，常溫下電路的電流最小，約為75mA，所以電流表選擇A；（2）先將旋鈕a由0旋到1，然后將個位數(shù)及小數(shù)位旋轉至0，所以順序為；（3）描點畫圖，如圖所示，由圖線可求R隨t的變化關系為R=0.04t+8.87. 某同學用伏安法測量導體的電阻，現(xiàn)有量程為3 V、內(nèi)阻約為3 k的電壓表和量程為0.6 A、內(nèi)阻約為0.1 的電流表。采用分壓電路接線，圖1是實物的部分連線圖，待測電阻為圖2中的R1，其阻值約為5 。（1）測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導線連接_（填a或b）、導線連接_（填c或d）。（2）正確接線測得實驗數(shù)據(jù)如表，用作圖法求得R1的阻值為_。（3）已知圖2中R2與R1是材料相同、厚度相等、表面為正方形的兩導體，R2的邊長是R1的，若測R2的阻值，則最優(yōu)的連線應選_（填選項）。A連接a，連接c B連接a，連接dC連接b，連接c D連接b，連接d【答案】（1）a、d；（2）作圖見右，4.44.7（3）B【解析】（1）小電阻外界發(fā)；滑動變阻器用分壓電路；故測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導線連接a、導線連接d；（2）作圖如圖；則;(3)根據(jù)電阻定律，故R2=R1，要測R2的阻值，與測量R1一樣，最佳的連接應連接a，連接d;故選B.8.某同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結果如圖（a）和（b）所示。該工件的直徑為_cm，高度為_mm?！敬鸢浮?， 9.同學們測量某電阻絲的電阻，所用電流表的內(nèi)阻與相當，電壓表可視為理想電壓表.若使用題6圖2所示電路圖進行實驗，要使得的測量值更接近真實值，電壓表的a端應連接到電路的 點（選填“b”或“c”）.測得電阻絲的圖如題6圖3所示，則為 （保留兩位有效數(shù)字）。實驗中，隨電壓進一步增加電阻絲逐漸進入熾熱狀態(tài).某同學發(fā)現(xiàn)對熾熱電阻絲吹氣，其阻值會變化.他們對此現(xiàn)象進行探究，在控制電阻絲兩端的電壓為10V的條件下，得到電阻絲的電阻隨風速（用風速計測）的變化關系如題6圖4所示.由圖可知當風速增加時，會 （選填“增大”或“減小”）。當風速增加過程中，為保持電阻絲兩端電壓為10V，需要將滑動變阻器的滑片向 （選填“M”或“N”）.為了通過電壓表的示數(shù)來顯示風速，同學們設計了如題6圖5所示的電路.其中為兩只阻值相同的電阻，為兩根相同的電阻絲，一根置于氣流中，另一根不受氣流影響，為待接入的理想電壓表。如果要求在測量中，風速從零開始增加，電壓表的示數(shù)也從零開始增加，則電壓表的“+”端和“”端應分別連接到電路中的 點和 點（在“a”“b”“c”“d”中選填）.【答案】（2）c 4.1（4.04.2）減小，M b，d【解析】因為電壓表是理想電表，所以電壓表的分流作用可以不考慮，所以接c。圖線的斜率即為電阻絲的電阻值， 從圖4可以看出，隨飛速的增大，電阻減小因為電阻減小，要保持RX電壓不變，就要增大電流。要增大電流，滑動變阻器的分壓要增大，所以滑動端要向M滑動。4個電阻組成橋式電路，b點電勢等于，d點電勢從開始減小，所以電壓表讀數(shù)從0開始增大，所以電壓表+接b,-接d。 圖1。 33