2020版高考物理大一轮复习第八章实验八测定金属的电阻率讲义（含解析）教科版.docx

实验八测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)1实验原理(如图1所示)由R得，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率.图12实验器材被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(00.6A)，电压表(03V)，滑动变阻器(050)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺3实验步骤(1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d.(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l.(4)把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置(5)闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内(6)将测得的Rx、l、d值，代入公式R和S中，计算出金属丝的电阻率1数据处理(1)在求Rx的平均值时可用两种方法用Rx分别算出各次的数值，再取平均值用UI图线的斜率求出(2)计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式Rx.2误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差(4)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差3注意事项(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法(2)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在被测金属丝的两端(3)测量被测金属丝的有效长度，是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的被测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值(4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值(5)闭合开关之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置(6)在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用00.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大(7)若采用图像法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑命题点一教材原型实验例1在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图2所示，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率图2(1)从图中读出金属丝的直径为_mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：A电压表03V，内阻10kB电压表015V，内阻50kC电流表00.6A，内阻0.05D电流表03A，内阻0.01E滑动变阻器，010F滑动变阻器，0100要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(填序号)实验中某同学的实物接线如图3所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图3错误1：_；错误2：_.答案(1)0.680(2)ACE导线连接在滑动变阻器的滑片上采用了电流表内接法解析(1)固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为18.00.01mm0.180mm，所以最终读数为：0.5mm0.180mm0.680mm；(2)因两节新的干电池的电动势为3 V，应选量程为03 V的电压表，故选A；因金属丝的电阻大约为5 ，流过电流表的电流大约为I A0.6 A，电流表应选C；因金属丝的电阻大约为5 ，且可选择的滑动变阻器阻值大于5 ，故滑动变阻器采用限流式接法，应选E；因，所以电流表采用外接法，该同学实物接线中的两处明显错误是：导线连接在滑动变阻器的滑片上；采用了电流表内接法变式(2018陕西省咸阳市第一次模拟)某同学为测定电阻丝的电阻率，设计了如图4甲所示的电路，电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝，保护电阻R04.0，电源电动势E3.0V，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良好图4(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d_mm.(2)实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I，实验数据如表所示.x/m0.100.200.300.400.500.60I/A0.490.430.380.330.310.28/A12.042.332.633.033.233.57将表中数据描在x坐标纸中，如图丙所示，该图像的斜率的表达式k_(用题中字母表示)，由图线求得电阻丝的电阻率_m(保留两位有效数字)根据图丙中x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为r_(保留两位有效数字)答案(1)0.400(2)1.11061.3解析(1)螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线没有露出，可动刻度上的格数要估读一位，读数应为0.01mm40.00.400mm；(2)由闭合电路的欧姆定律，I，变形得，由电阻定律Rx，S，代入上式得x，可看出与x是一次函数关系，函数图像的斜率k；由题图丙中的数据算出图像的斜率k A1m13 A1m1，则m1.1106m；题图丙中x关系图线的纵截距为1.77，此时待测电阻丝电阻为零，由闭合电路欧姆定律得：EI(rR0)，解得r1.3.命题点二测定液体的电阻率例2(2018河北省“名校联盟”质量监测一)为了研究咸湖出现的规律，某同学设计了一个检测河水电阻率的实验，他在一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极，如图5甲所示，两电极相距L0.314m，其间充满待测的河水，安装前他用如图乙所示的游标卡尺(图为卡尺的背面)测量玻璃管的内径，结果如图丙所示他还选用了以下仪器：量程15V，内阻约300k的电压表；量程300A，内阻约50的电流表；最大阻值1k的滑动变阻器；电动势E12V，内阻r6的电池组、开关各一只，以及导线若干图丁坐标系中包括坐标为(0,0)的点在内的9个点表示他测得的9组电流I、电压U的值，根据以上材料完成以下问题：图5(1)测量玻璃管的内径时，应将图乙所示游标卡尺中的A、B、C三部分中的_与玻璃管内壁接触(填代号)(2)玻璃管的内径d_mm.(3)图戊中的实物仪器有一部分已连线，将其他部分连接成能测出图丁数据的实物连接图(4)水的电阻率_(结果保留两位有效数字)答案(1)A(2)5.50(3)见解析图(4)7.6m解析(1)测量玻璃管内径时，应将游标卡尺中的A部分与玻璃管的内径接触(2)游标卡尺的读数为d5mm10mm5.50mm.(3)根据UI图像可知电流从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，由UI图像可算出水柱的电阻远大于电流表内阻，所以电流表采用内接法，实物连线图如图所示(4)UI图像的斜率表示水柱的电阻，即R1105，又因为R，S，联立解得R，则1105m7.6m.命题点三电阻测量的方法1伏安法电路图特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，外接法测量值偏小，测小电阻时应采用外接法测量)2伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用(1)如图6甲所示，两电压表的满偏电流接近时，若已知V1的内阻R1，则可测出V2的内阻R2R1.(2)如图乙所示，两电压表的满偏电流IV1IV2时，若已知V1的内阻R1，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻R2.图6例3用以下器材可测量电阻Rx的阻值待测电阻Rx，阻值约为600；电源E，电动势约为6V，内阻可忽略不计；电压表V1，量程为0500mV，内阻r11000；电压表V2，量程为06V，内阻r2约为10k；电流表A，量程为00.6A，内阻r3约为1；定值电阻R0，R060；滑动变阻器R，最大阻值为150；单刀单掷开关S一个，导线若干(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx_，式中各符号的意义是_(所有物理量用题中代表符号表示)答案(1)见解析图(2)U1为电压表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为电压表V1的内阻，R0为定值电阻解析(1)电路中的最大电流为Im0.01A，电流表量程太大，可以把电压表V1并联一个定值电阻改装成电流表，电压表选择V2即可，要求测量多组数据，滑动变阻器采用分压式接法，电路如图所示(2)流过被测电阻的电流为I，被测电阻的阻值为Rx.3安安法若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图7甲所示，当两电流表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2.(2)如图乙所示，当两电流表的满偏电压UA2UA1时，如果已知A1的内阻R1，A1串联一定值电阻R0后，同样可测得A2的电阻R2.图7例4用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200)，实验室提供如下器材：电池组E：电动势3V，内阻不计；电流表A1：量程015mA，内阻约为100；电流表A2：量程0300A，内阻约为1000；滑动变阻器R1：阻值范围020，额定电流2A；电阻箱R2：阻值范围09999，额定电流1A；开关S、导线若干要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表_(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到_，这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表(2)在图8中补充完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号图8(3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图9所示，可读出电流表A1的示数是_mA，电流表A2的示数是_A，测得待测电阻Rx的阻值是_本次测量存在一定的系统误差，考虑这个原因，则测量值比真实值_(选填“偏大”或“偏小”)图9答案(1)A29000(2)如图所示(3)8.0150187.5偏小解析(1)把A2和R2串联起来充当电压表，此电压表量程为3V，R210009000.(3)由题图可知，电流表A1的示数为8.0mA，电流表A2的示数是150A，待测电阻阻值为Rx187.5.采用电流表外接法，故测量的电流值偏大，因此电阻的测量值比真实值偏小4半偏法(1)实验原理(如图10)：图10(2)实验步骤：R1阻值调至最大，闭合S1，调节R1的阻值使示数达满偏值保持R1阻值不变，闭合S2，调节R2使示数达满偏值的一半，同时记录R2的值Rg测R2.(3)误差分析：闭合S2后，R2与Rg的并联值R并Ig，而此时的示数为，所以IR2，所以R2Rg，即Rg测”“”或“”)(3)将上述电流表G串联一个29900的电阻，改装成电压表，则该电压表的量程是_V用它来测量电压时，表盘指针位置如图乙所示，此时电压表的读数大小为_V.答案(1)BDA(2)100(3)32.4解析(1)本题采用半偏法测电流表的内阻，故调节R1的阻值，先使电流表的指针偏转到满刻度，然后再闭合S2，保持R1不变，调节R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半，记下R2的阻值，故操作顺序为BDA.(2)此时R2的阻值与Rg的阻值相等，故Rg的阻值大小也为100.随着S2的闭合，整个电路中的电流将会变大，但实际上我们仍然是按照电流不变时的电流来计算的，通过电阻箱R2的电流将比通过G的电流要大，又因为R2与G并联，电压一样，所以实际的电阻箱读数将小于电流表G的内阻，所以RgRg.(3)UIg(RgR)104(10029900) V3V，此时指针所指示的电压为2.4V.5替代法(1)实验原理(如图12)：图12(2)实验步骤：S先与2连接，记录的示数，再与1连接，调节R值使的示数与原值相等，则RxR.(3)说明对的要求，只要有刻度且不超过量程即可，与指针是否超无关，因为电流表示数不参与运算例6(2018全国卷23)某实验小组利用如图13所示的电路探究在2580范围内某热敏电阻的温度特性所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25时的阻值)为900.0；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000)；电阻箱R2(阻值范围0999.9)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 .将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 .实验得到的R2t数据见下表.t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0图13图14