（新课改省份专用）2020版高考物理一轮复习 第八章 第3节 实验：测量金属的电阻率（包括长度的测量）学案（含解析）.doc

第3节实验：测量金属的电阻率(包括长度的测量)一、实验目的1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。2掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。3学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。二、实验原理由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。测金属电阻的电路图和实物图如图甲、乙所示。 三、实验器材被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(00.6 A)，电压表(03 V)，滑动变阻器(050 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。部分器材用途电流表、电压表伏安法测电阻螺旋测微器测量金属丝的直径，由于测量直径时带来的误差更明显一些，因此用精确度更高的器材测量毫米刻度尺测量金属丝的有效长度四、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其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。五、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。六、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。七、注意事项1先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。2电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。3电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。基础考法考法(一)测量仪器、仪表的读数1(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为_ mm，_ mm，_ mm。(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是_ mm。(3)如图丙A使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，图中表针示数是_ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，图中表针示数为_ A。图丙B使用较小量程时，每小格表示_ V，图中表针的示数为_ V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_ V，图中表针示数为_ V。(4)旋钮式电阻箱如图丁所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_。今欲将接入电路的电阻改为2087，最简单的操作方法是_。若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为_。解析：(1)图A读数：整毫米是17，不足1毫米数是70.1 mm0.7 mm，最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm。图B读数：整毫米是23，不足1毫米数是170.05 mm0.85 mm，最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm。图C读数：整毫米是3，不足1毫米数是90.02 mm0.18 mm，最后结果是3 mm0.18 mm3.18 mm。(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。(3)电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A。电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V。(4)电阻为1 987 。最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是29 999 19 998 。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为019 998 。答案：(1)17.723.853.18(2)2.150(3)0.020.440.12.200.11.700.58.5(4)1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019 998 2如图所示，螺旋测微器的读数为_ mm；游标卡尺的读数为_ mm。解析：螺旋测微器的读数为6 mm0.01 mm12.06.120 mm；游标卡尺的读数为5 cm0.05 mm1850.90 mm。答案：6.120(0.02)50.901游标卡尺(1)游标卡尺的读数主尺读数游标尺读数。(2)游标卡尺的读数方法：“三看”第一看精确度第二看游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端(如图所示)第三看游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐2螺旋测微器读数螺旋测微器读数固定刻度部分读数(mm)可动刻度部分读数精确度(mm)。注意估读，以及半刻度线是否已露出。3电压表和电流表(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。(2)对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。(3)对于00.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。考法(二)伏安法测电阻3(2014全国卷)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表的内阻约为2 k，电流表的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示，结果由公式Rx计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。解析：根据串、并联电路的特点解题。根据题意知，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2U实，而R，所以R测R实。答案：(1)BCF(2)见解析图(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可)方法指导1电表的选择方法电流表的选择根据电路中的最大电流选择(如本题)根据用电器的额定电流选择电压表根据被测电阻上的最大电压选择的选择根据电源电动势选择(如本题)2电流表内接法和外接法的判断内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx，测量值大于真实值R测”“”或“”)。表1U(V)I(A)接线端P接a1.840.15接线端P接b2.400.15表2U(V)I(A)接线端P接a2.560.22接线端P接b3.000.20(2)另一同学找来一恒压电源，按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该同学利用该数据可算出Rx的真实值为_ 。解析：(1)由题图所示螺旋测微器可知，螺旋测微器示数为1.5 mm20.40.01 mm1.704 mm。由表中实验数据可知，电压表接a、b两点时，电流表示数不变，电压表示数变化较大，说明电压表内阻很大，电压表分流很小，几乎为零，电流表分压较大，电流表应采用外接法，电压表应接a点，金属丝电阻Rx测 12 ；电流表采用外接法，由于电压表分流作用，电流表的测量值大于真实值，由欧姆定律可知，金属丝电阻测量值小于真实值。(2)由表中实验数据知，RA，则RxRA13 。答案：(1)1.704电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零12(2)136某同学用图甲所示电路测量一段金属丝的电阻率，待测金属丝粗细均匀，阻值约为100 。备选器材如下：A量程为5 mA、内阻r150 的电流表B量程为0.6 A、内阻r20.2 的电流表C量程为6 V、内阻r3约为15 k的电压表D最大阻值为15 、最大允许电流为2 A的滑动变阻器E定值电阻R15 F定值电阻R2500 G电动势E6 V、内阻很小的直流电源H开关一个，导线若干I螺旋测微器，刻度尺(1)该同学用螺旋测微器测量待测金属丝的直径如图乙所示，则螺旋测微器的示数D_ mm。(2)为了能尽可能精确地测量该金属丝的电阻率，电流表应选用_(填“A”或“B”)，定值电阻应选用_(填“E”或“F”)。(3)电压表的示数记为U，所选用电流表的示数记为I，则该金属丝的电阻的表达式Rx_；若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L，则其电阻率的表达式为_(表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示，不得直接用数值表示)。解析：(1)根据螺旋测微器读数规则，金属丝直径D5.5 mm40.00.01 mm5.900 mm。(2)电压表量程为6 V，电阻丝电阻约100 ，电流表量程应该为60 mA左右，可以将量程5 mA的电流表并联5 的电阻改装成量程为55 mA的电流表，即电流表选择A，定值电阻选择E。(3)金属丝中电流为III，电压UUIr1，由欧姆定律可得金属丝电阻Rx。由电阻定律，Rx，S，解得电阻率。答案：(1)5.900(2)AE(3)7某学生用如图甲所示电路测金属导线的电阻率，可供使用的器材有：被测金属导线ab，电阻约10 ，允许流过的最大电流为0.8 A；稳恒电源E，电源输出电压恒为E 12 V；电压表V，量程为3 V，内阻约5 k；保护电阻：R110 ，R230 ，R3200 ；刻度尺、螺旋测微器，开关S，导线若干等。实验时的主要步骤如下：用刻度尺量出导线ab的长度l，用螺旋测微器测出导线的直径d。按如图甲所示电路将实验所需器材用导线连接好。闭合开关S，移动接线触片P，测出aP长度x，读出电压表的示数U。描点作出Ux图线求出金属导线的电阻率。完成下列填空：(1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d，其示数如图乙所示，该金属导线的直径d_ mm。(2)如果实验时既要保证安全，又要测量误差较小，保护电阻R应选_。(3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U画出的Ux图线如图丙所示，其中图线的斜率为k，则金属导线的电阻率_。(用实验器材中给出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示)解析：(1)根据螺旋测微器读数规则，该金属导线的直径d0.5 mm37.00.01 mm0.870 mm。(2)根据题述可知电源输出电压恒为E12 V，电压表V的量程为3 V，保护电阻R应该分压9 V。由于被测金属导线ab的电阻约为10 ，所以保护电阻R应选R230 。(3)被测金属导线横截面积S，aP段电阻Rx。电压表的示数UIRx，电流I，又，联立得到：Ux。Ux图线的斜率k，解得：。答案：(1)0.870(2)R2(3)例1利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20 。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有：电池组E(电动势为3.0 V，内阻约为1 )；电流表A1(量程0100 mA，内阻约为5 )；电流表A2(量程00.6 A，内阻约为0.2 )；电阻箱R(0999.9 )；开关、导线若干。实验操作步骤如下：A用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；B将选用的实验器材，按照图甲连接实验电路；C调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大；D将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关，记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；E改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏，重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；F断开开关，整理好器材。(1)某次测量电阻丝直径d时，螺旋测微器示数如图乙所示，则d_ mm。(2)实验中电流表应选择_(填“A1”或“A2”)。(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图丙所示的RL关系图线。图线在R轴的截距为R0，在L轴的截距为L0，再结合测出的电阻丝直径d，写出电阻丝的电阻率表达式_(用给定的物理量符号和已知常数表示)。(4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_影响(填“有”或“无”)。三步稳解题1分析实验目的：测量某种电阻丝材料的电阻率。2确定实验原理：改变金属夹与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，根据闭合电路欧姆定律确定关系式，通过分析图像与关系式得出答案。3制定数据处理方案：通过计算电路中的最大电流，选择电流表；根据闭合电路欧姆定律推导出RL函数关系，从而确定出图线的斜率的意义，可得出电阻率的表达式。解析(1)根据螺旋测微器读数规则可得d0.5 mm0.232 mm0.732 mm。(2)根据题意，电路中可能出现的最大电流为I0.15 A150 mA，故电流表选择A1即可。(3)由闭合电路的欧姆定律可知，EI(RrRAR电阻丝)I，联立解得RrRAL，由已知条件可知，k，解得。(4)由可知，本实验中电流表的内阻RA对电阻率的测量结果无影响。答案(1)0.732(2)A1(3)(4)无例2国标(GB/T)规定自来水在15 时电阻率应大于13 m。某同学利用图甲电路测量15 自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)，电压表V1(量程为3 V，内阻很大)，电压表V2(量程为3 V，内阻很大)，定值电阻R1(阻值4 k)，定值电阻R2(阻值2 k)，电阻箱R(最大阻值9 999 )，单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。实验步骤如下：A用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F断开S，整理好器材。(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙所示，则d_mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为： Rx_(用R1、R2、R表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的R关系图像。自来水的电阻率_ m(保留两位有效数字)。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将_(填“偏大”“不变”或“偏小”)。三步稳解题1分析实验目的：测量自来水的电阻率。2确定实验原理：通过活塞和阀门控制水柱的长度，根据闭合电路欧姆定律分析电路，应用电阻定律求解电阻率。3制定数据处理方案：通过将开关S拨到1和2位置，根据欧姆定律确定两个电路的规律关系，得出自来水电阻的阻值，然后分析函数关系式与图像确定自来水的电阻率。解析(1)根据游标卡尺的读数规则，玻璃管内径d30 mm00.05 mm30.00 mm。(2)把S拨到1位置，记录电压表V1示数，得到通过水柱的电流I1。由闭合电路欧姆定律，EURx；把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R，得到该支路的电流I2。由闭合电路欧姆定律，EUR2，联立解得：Rx。(3)由电阻定律Rx ，Rx，联立解得：R。R关系图像斜率k0.4103 m，k，S，代入数据解得：14 m。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则通过水柱的电流I1大于测量值，即，即自来水电阻测量值偏大，自来水电阻率测量结果将偏大。答案(1)30.00(2)(3)14(4)偏大创新领悟实验原理的创新实验器材及数据处理的创新1.测量横截面为空心的等边三角形形状导体的电阻率。2.采用双电流表法测电阻。创新考法1.在“测量金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径d时的刻度如图甲所示，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5 ，用伏安法测出金属丝的电阻R，然后由R算出该金属丝的电阻率。(1)从图甲中可以读出该金属丝的直径d_ mm。(2)为了测量该金属丝的电阻，实验小组取来两节干电池，并将金属丝拉直后两端固定在带有刻度的绝缘底座两端的接线柱上，底座的中间有一个可沿金属丝滑动的金属触头P，触头上固定了接线柱，按下P时，触头才与金属丝接触，触头的位置可以从刻度尺上读出，如图乙所示。实验采用的电路原理图如图丙所示。请根据该原理图，用笔画线代替导线将实物图丁连接成实验电路。(3)闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变P的位置，得到几组U、I、L的数据，用R计算出相应的电阻值后作出LR图线如图己所示。取图线上两个点间数据之差L和R，若金属丝直径为d，则该金属丝的电阻率_。解析：(1)由螺旋测微器的读数规则可知该金属丝的直径d1.