届高考物理一轮复习 第8章 第3课 实验测定金属的电阻率练习.docx
《届高考物理一轮复习 第8章 第3课 实验测定金属的电阻率练习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考物理一轮复习 第8章 第3课 实验测定金属的电阻率练习.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
届高考物理一轮复习第8章第3课实验测定金属的电阻率练习
2019届高考物理一轮复习第8章第3课实验：
测定金属的电阻率练习
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＝ρ得ρ＝，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ρ.
1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R（R＝）．电路原理如图所示．
2．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.
3．将测量的数据代入公式ρ＝求金属丝的电阻率．
三、实验器材
被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．
四、螺旋测微器、游标卡尺的使用
1．螺旋测微器的构造原理及读数．
（1）螺旋测微器的构造．
如图所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度S固定在尺架F上．旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上．
（2）螺旋测微器的原理．
测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读
数时估读到毫米的千分位上．因此
，螺旋测微器又叫千分尺．
（3）读数：
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．
测量值（mm）＝固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）
如图所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：
2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.
2．游标卡尺（如图所
示）．
（1）构造：
主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个内外测量爪）、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
（2）用途：
测量厚度、长度、深度、内径、外径．
（3）原理：
利用主
尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：
刻度格数
（分度）
刻度总长度
每小格与
1mm的差值
精确度
（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
（4）读数：
若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋K×精确度）mm.
五
、伏安法测电阻
1．电流表的内接法和外接法的比较.
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝＝
Rx＋RA＞Rx
测量值大于真实值
R测＝＝
＜Rx
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于测量
大阻值电阻
小阻值电阻
2.两种电路的选择．
（1）
阻值比较法：
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．
（2）临界值计算法．
Rx＜时，用电流表外接法；
Rx＞时，用电流表内接法．
（3）实验试探法：
按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．
六、实验步骤
1．直径测定．
用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝.
2．电路连接．
按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路．
3．长度测量．
用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.
4．U、I测量．
把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.
5．拆去实验线路，整理好实验器材．
七、数据处理
1．在求Rx的平均值时可用两种方法．
（1）用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值．
（2）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式ρ＝Rx＝.
八、注意事项
1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．
3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线
拉直，反复测量三次，求其平均值．
4．测金属导线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S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，通过待测导线的电流强度I不宜过大（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．
7．求R的平均值时可用两种方法：
第一种是用R＝算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象（UI图线）来求出．若采用图象法，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．
九、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都会带来偶然误差．
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．
十、测量电阻的其他方法
1．安安法测电阻．
若电流表内阻已知，则可当作电压表来使用．
（1）若已知电流表
A1的内阻R1，当两表的满偏电压接近时可按右图连接，由两电流表的读数可测得电流表A2的内阻R2＝.
（2）若已知电流表A1的内阻
R1，当两电表的满偏电压UA2≫UA1时，电流表A1要先串联一定值电阻R0使两支路的电压相近再按右图连接，由两电
流表的读数可测得电流表A2的内阻R2＝.
2．伏伏法测电阻．
电压表内阻已知，则可当作电流表来使用．
（1）若已知电压表V1的内阻R1，当两表的满偏电流接近时可按右图连接，由两电压表的读数可测得电压表V2的内阻R2＝.
（2）若已知电压表V1的内阻R1，当两电表的满偏电流IV1≪IV2时，电压表V1要先并联一定值电阻R0使两电表指针偏转相接近，由两电压表的读数可测得电压表V2的内阻R2＝.
3．电阻箱当电表使用．
（1）电阻箱当电压表使用．
如图所示，可测得电流表A2的内阻R2＝.
图中借助电阻箱R可测得电流表A2两端的电压（I1－I2）R，起到了测定电压的作用．
（2）电阻箱当电流表使用．
如图所示，若已知电压表的内阻RV，读得电阻箱阻值R，则可测得干路电流为I＝＋.
图中电阻箱与电压表配合使用起到了测电流的作用．
4．替代法测电阻．
如图所示，开关S1先闭合，S2先断开．
（1）S2接1，调节滑动变阻器R使电流表示数超过其量程的，记下此时电流表的示数为I1；
（2）S2接2，滑动变阻器R不动，调节电阻箱R0，使电流表的示数仍为I1，记下此时电阻箱的读数为R1；
（3）由此可得Rx＝R1.
该方法的优点是消除了电流表内阻对测量的影响，缺点是电阻箱的电阻不能连续变化．
1．在“探究决定导线电阻的因素”的实验中，以下操作中错误的是（AC）
A．用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中
B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C．用伏安法测电阻时采用电流表内接法，多次测量后算出平均值
D．实验中应保持
金属丝的温度不变
解析：
实验
中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法．故A、C操作错误．
2．分别用如图所示的甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值．图甲中两表的示数分别为3V、4mA，图乙中两表的示数分别为4V、3.9mA，则待测电阻Rx的真实值为（D）
A．略小于1kΩB．略小于750Ω
C．略大于1kΩD．略大于750Ω
解析：
先判断采用的测量方法，由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大，说明测量的是小电阻，这样电流表分压较大，应该采用图甲进行测量比较准确．图甲中测量值为R测＝＝750Ω，较真实值偏小．故D项正确．
课时作业
1．在“测定金属丝电阻率”的实验中，由ρ＝可知，对实验结果的准确性影响最大的是（A）
A．金属丝直径d的测量 B．电压U的测量
C．电流I的测量 D．金属丝长度l的测量
解析：
四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方．
2．将如图所示的螺旋测微器的读数写出来．
甲．________mm 乙．________cm
解析：
先读出固定尺上的读数，再读出可动尺上的读数．甲：
8mm＋47.7×0.01mm＝8.477mm.乙：
6.5mm＋7.8×0.01mm＝6.578mm＝0.6578cm.
答案：
8.476 0.6578
3．某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径，测微器的示数如图所示，该铜丝的直径为________mm.
解析：
螺旋测微器固定刻度部分读数为4.5mm，可动刻度部分读数为0.093mm，所以所测铜丝直径为4.593mm.
答案：
4.592～4.594
4．
（1）用游标为50分度的游标卡尺测量某工件
的长度时，示数如图所示，则测量结果应该读作________mm.
（2）用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图所示，此示数为________mm.
答案：
（1）10.40
（2）2.720
5．某物理学习小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻的实验中，根据同一组数据进行正确描点后，甲、乙两位同学根据自己的理解各作出一条图线，如图甲、乙所示，根据你对实验的理解，你认为________同学的图线正确，根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为________Ω.（保留两位有效数字）
解析：
当金属丝两端电压为零时，通过的电流也为零，因此图线必过原点，故甲同学的图线正确；在甲同学画的图线上距原点较远的地方取一个点，其坐标值为（0.4A，1.52V），故金属丝电阻为：
R＝＝Ω＝3.8Ω.
答案：
甲 3.8（3.7～3.9均可）
6．在“探究决定导线电阻的因素”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：
A．电压表（量程0～3V，内阻约为15kΩ）
B．电压表（量程0～15V，内阻约为75kΩ）
C．电流表（量程0～3A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表（量程0～0.6A，内阻约为1Ω）
E．变阻器R1（0～100Ω，0.6A）
F．变阻器R2（0～2000Ω，0.1A）
G．电池组E（电动势为3V，内阻约为0.3Ω）
H．开关S，导线若干
（1）为减小实验误差，应选用的实验器材有__________（填代号）．
（2）为减小实验误差，应选用如图中____[填（a）或（b）]为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把下图的实物图用线连接起来．
解析：
（1）由于电源的电动势为3V，所以电压表应选A；被测电阻约为5Ω，电路中的最大电流约为I＝＝A＝0.6A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池
和开关，导线若干．故应选用的实验器材有：
ADEGH.
（2）由于>，应采用电流表外接法，应选图（b）所示电路，实物连接如图所示．
答案：
见解析
7．有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示，某同
学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关．他进行了如下实验：
（1）用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺（游标尺上有20个等分刻度）的读数L＝____________cm.
（2）测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示（相关器材的参数已在图中标出）．该合金棒的电阻约为几欧姆．图中有一处连接不当的导线是____．（用标注在导线旁的数字表示）
（3）改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R＝6.72Ω，根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd＝13.3Ω、RD＝3.38Ω.他发现：
在误差允许范围内，电阻R满足R2＝Rd·RD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R＝__________．（用ρ、L、d、D表示）
解析：
（1）首先确定游标卡尺的精度为20分度，即为0.05mm，然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样，再从游标尺上找出对的最齐一根刻度线，精度×格数＝0.05×8mm＝0.40mm，最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00mm＋0.40mm＝99.40mm＝9.940cm.
（2）本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，⑥线的连接使用的是安培表内接法．
（3）根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd＝13.3Ω、RD＝3.38Ω.即Rd＝ρ，RD＝ρ，而电阻R满足R2＝Rd·RD，将Rd、RD代入得R＝.
答案：
（1）9.940
（2）⑥ （3）
升级会员 