高中物理实验基础与实战10测定金属的电阻率+Word版含答案.docx
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高中物理实验基础与实战10测定金属的电阻率+Word版含答案
设计与创新能力：
要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对原教材中实验的考查。
【实验目的】
1、练习使用螺旋测微器；
2、学会用伏安法测量电阻的阻值；
3、测定金属的电阻率。
【实验原理】
根据电阻定律公式
，只要测量出金属导线的长度
和它的直径
，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻率。
【实验器材】
被测金属导线，直流电源（4V），电流表（0--0.6A），电压表（0--3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，毫米该度尺。
【实验步骤】
1、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
，计算出导线的横截面积S。
2、按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、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
。
4、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，闭合电键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，记入记录表格内，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。
5、将测得R、
、
的值，代入电阻率计算公式
中，计算出金属导线的电阻率。
6、拆去实验线路，整理好实验器材。
【注意事项】
1、本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。
2、实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、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，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。
4、闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。
5、在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（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。
6、求R的平均值可用两种方法：
第一种是用
算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象（U-I图线）的斜率来求出，若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两测，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。
【实验数据记录和处理】
表11－1
次序
1
2
3
d的平均值
横截面积S
直径d
表11－2
次序
1
2
3
l的平均值
长度l
表11－3
次序
U/V
I/A
R/Ω
R的平均值
1
2
3
将测得的R、
、d值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率为：
。
在本实验中，求R的平均值可用两种方法：
第一种是用R＝UI算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象（U－I图线）的斜率求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大些，连线时要使尽量多的点分布在直线上，不在线上的点，要均匀分布在线的两侧．个别明显偏离较远的点可以不予考虑．
【问题与讨论】
1．实验电路为什么必须采用电流表外接法？
2．现有实验器材：
干电池（4节），滑线变阻器（0—20Ω），单刀双掷电键一个，单刀单掷电键一个，电流表（0—0.6A），电阻箱（0—999.9Ω），导线若干。
能否用上述器材测定电阻丝的电阻？
若能，请说明测量方法。
若将上述器材中的“电流表（0—0.6A）”换成“电压表（0—3V）”呢？
相关知识
一、了解误差及有效数字
1．误差
（1）定义：
测出的数值与真实值之间的差值叫误差．
（2）分类：
分为系统误差和偶然误差．
①系统误差：
产生：
由于仪器本身不精确，或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的．
特点：
多次重做同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小．
减小方法：
校准测量仪器，改进实验方法，完善实验原理．
②偶然误差：
产生：
由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生．
特点：
多次重做同一实验时，误差有时偏大，有时偏小．
减小方法：
多次测量取平均值．
2．有效数字：
（1）带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字的最后一位为误差所在位．
（2）确定有效数字时，应注意以下问题：
①有效数字的位数与小数点的位置无关．
②有效数字的位数与单位无关．
③关于“0”在有效数字中的特殊性：
0在前时，从左往右数第一个不为零的数字才是有效数字；0在后时，计入有效数字．
④乘方不算有效数字．
基本测量工具及其使用
《大纲》要求：
会正确使用仪器，会准确读数、会记录测量结果．知道仪器的结构、知道仪器使用的注意事项等．
1．游标卡尺
10分度的游标卡尺：
游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间的距离小0.1mm.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：
游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几，其读数准确到0.1mm.同理20分度的游标卡尺，其读数准确到0.05mm.50分度的游标卡尺读数准确到0.02mm.读数方法相同．
测量值＝整数部分＋n×精确度，n为游标尺上第n条刻度线与主尺刻度线对齐．
注意：
（1）主尺上的读数，应以游标的0刻度左端上主尺的刻度为准；
（2）看清游标的精确度；（3）游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读．
2．螺旋测微器
注意：
（1）看半刻度是否露出；
（2）可动刻度要估读．
3．电流表、伏特表
（1）表头原理：
θ＝NBSI/K，即θ∝I，故表头刻度线是均匀的．
（2）读数的基本原则是：
凡仪器最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位；凡仪器最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读．
4．变阻箱
如下图是旋钮式变阻箱，按一定的组合形式将若干个准确阻值的固定电阻串联，是用旋钮直接接通，常见有4个或6个旋钮，旋钮边缘面板上标有×1、×10、×100、×1k、×10k，俗称倍率，其两接线柱之间的阻值为所有连通电阻之和．电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的，指针必须指向某一个确定的数值，不能在两个数值之间，因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的，不再向下估读．
【基础练习】
1．在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是
A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值
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安培表的内接线路，多次测量后算出其平均值
D．实验中应保持金属丝的温度不变
2．在做“测定金属的电阻率”实验时，下列操作中正确的是（）
A、若待测金属导线是漆包线，应该用火烧去表面的漆皮，轻轻抹去灰尘后再测金属丝的直径，千万不可用小刀去刮掉漆皮，而两端接头部分则要用砂布打磨干净，以保证电路接触良好。
B．用米尺反复测量3次导线的总长，求出平均值l，然后将导线接入测量电路中。
C．估计待测金属导线的电阻值大小，选择合适的仪器和实验电路。
D．合上电键S，不断增大滑动变阻器接入电路的有效阻值，记录几组对应的电流强度和电压的数值，计算出导线的电阻R。
3．用伏安法测电阻，应当用滑动变阻器改变通过待测电阻的电流强度，以便多测几组数据。
如图所示，变阻器有a、b两种接法，关于这两种接法，下列说法中正确的是（）
A、变阻器在a图中作分压器使用，在b图中作限流器使用。
B、若变阻器的全阻值比待测电阻小时，用b电路能较大范围地调节
中的电流强度。
C、若变阻器的全阻值比待测电阻大时，用a电路能较大范围地调节
中的电流强度。
D、若变阻器的全阻值比待测电阻小得多时，用a电路能较大范围地调节
中的电流强度。
4．有一个未知电阻
，用图中的（a）（b）两种电路分别对它进行测量。
用（a）图电路测量时，两表读数分别为6V、6mA；用（b）图电路测量时，两表读数分别为5.9V、10mA，则用图所示电路测该电阻的阻值误差较小，测量值
=
，测量值比真实值偏。
（填“大”或“小”）
5．欲用伏安法测定一段阻值约为5
左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：
A．电池组（3V，内阻1
）；
B．电流表（0~3A，内阻0.025
）
C．电流表（0~0.6A，内阻0.125
）
D．电压表（0~3V，内阻3k
）
E．电压表（0~15V，内阻15k
）
F．滑动变阻器（0~20
，额定电流1A）
G．滑动变阻器（0~2000
，额定电流0.3A）
H．电键、导线。
（1）上述器材中应选用的是________。
（填写各器材的字母代号）
（2）实验电路应采用电流表________接法。
（填“内”或“外”）
（3）设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I=_______A，U=________V。
（4）将图中给定的器材连成实验电路。
【基础练习答案】
1、AC2、AC3、ACD4、a,1000偏大
5、
（1）ACDFH；
（2）外；（3）0.48，2.20；（4）略
【实战提升】
1．用伏安法探究小灯泡（4.5V、3W）的功率与其中电流强度的关系，要求小灯泡两端的电压从零调整到4.5V，请将下图所示的元件连接起来．
实物接线，根据电路图选择滑动变阻器上接线柱与右下接线柱，预设左上为“＋”，右下为“－”，从“＋”出发，通过小灯泡，接电流表3A接线柱，电流表“－”接线柱接滑动变阻器右下接线柱，电压表15V接线柱接滑动变阻器上接线柱，“－”接线柱接电流表3A接线柱．
由滑动变阻器特点可知，左下a接线柱电势高于b接线柱．从电源的正极出发接a接线柱，b接线柱通过开关，接电源的负极，如下图所示．
一题一得
通过本案例，要求同学们掌握电路设计的基本步骤，即选择仪器（确定量程等）、选择测量电路（确定电流表内外接法）、选择控制电路（确定滑动变阻器限流式、分压式接法）、画电路图、连实物图．正确连好实物图，还应注意以下事项：
①各电表的正、负极性；②各导线两端都应接在接线柱上，而不能在导线中间出现分叉；③开关闭合前变阻器滑动触头应处于恰当位置；④各条连线均应连成一般曲线，而不能连成折线，不能相交；⑤先画电路原理图，后连接实物图，可避免出错．
2．（2013安徽）【题号：
3200001220】
Ⅱ.
（1）在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图甲所示,校零时的读数为________mm,合金丝的直径为________mm.
（2）为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图乙所示的实验电路图,按照该电路图完成图丙中的实物电路连接.
Ⅲ.根据闭合电路欧姆定律,用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内电阻.图中R0是定值电阻,通过改变R的阻值,测出R0两端的对应电压U12,对所得的实验数据进行处理,就可以实现测量目的.根据实验数据在
坐标系中描出坐标点,如图乙所示.已知R0=150Ω,请完成以下数据分析和处理.
（1）图乙中电阻为________Ω的数据点应剔除;
（2）在坐标纸上画出
关系图线;
（3）图线的斜率是________（V－1·Ω－1）,由此可得电池电动势Ex=________V.
3．【题号：
3200003066】、某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。
两根金属导轨ab和
固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且两导轨垂直。
（1）在图中画出连线，完成实验电路。
要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。
（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：
A.适当增加两导轨间的距离
B.换一根更长的金属棒
C.适当增大金属棒中的电流
其中正确的是（填入正确选项前的标号）
4.【2017·河北唐山一中高二10月月考】某同学想测量某导电溶液的电阻率，先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极（接触电阻不计），两电极相距L＝0.700m，其间充满待测的导电溶液。
用图中的器材进行测量：
电压表（量程15V，内阻约30kΩ）、
电流表（量程300μA，内阻约50Ω）、
滑动变阻器（100Ω，1A）、
电池组（电动势E＝12V，内阻r＝6Ω）、
单刀单掷开关一个、导线若干。
表中是他测量通过管中导电液柱的电流及两端电压的实验数据。
U/V
0
1.0
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
I/μA
0
22
65
109
155
175
240
已知玻璃管的内径为4.000mm，回答以下问题：
（1）根据表中数据在坐标图中已描点，请作出U－I图像，并根据图像求出电阻R＝____Ω（保留两位有效数字）；
（2）计算导电溶液的电阻率表达式是ρ＝_______（用R、d、L表示），测量值为_______Ω·m（保留两位有效数字）；
（3）请由你设计的测量导电溶液电阻的电路图，在实物图中补画出未连接的导线。
【答案】
（1）作出U－I图像如图，R＝4.4×104Ω~~4.8×104Ω；
（2）
；0.78~~0.86Ω·m
（3）如图所示（分压电路，电流表内接）
（3）
，电流表应该选内接法；由于滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻值，故变阻器应用分压式，电路如图所示，补画完整的实物连线如图所示，
考点：
测量某导电溶液的电阻率
【名师点睛】电流表内外接法的选择方法：
若电表内阻为不确定值时，应通过比较
与
的大小选择电流表的内外接法；若滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻值时，变阻器应用分压式接法.
5.【2016·甘肃兰州一中高二上期期末】某同学要测量一新材料制成的均匀圆柱体的电阻率ρ，完成下列部分步骤：
（1）用游标为20分度的卡尺测量其长度，如图甲所示，由图可知其长度为_________mm.
（2）用螺旋测微器测量其直径，如图乙所示，由图可知其直径为_________mm。
（3）用多用电表的电阻“×10”挡按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为________Ω。
（4）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：
待测圆柱体电阻R；
电流表A1（量程0～4mA，内阻约50Ω）；
电流表A2（量程0～15mA，内阻约30Ω）；
电压表V1（量程0～3V，内阻约10kΩ）；
电压表V2（量程0～15V，内阻约25kΩ）；
直流电源E（电动势4V，内阻不计）；
滑动变阻器R1（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A）；
滑动变阻器R2（阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）；
开关S，导线若干。
为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在虚线框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号。
【答案】
（1）50.15；
（2）4.700（或4.699）；（3）220；（4）如下图所示。
【解析】
（1）游标卡尺的读数：
20分度的游标卡尺精确度为0.05mm，先读出主尺的示数50mm，再读出游
标尺第3条刻度线与主尺的刻度线对齐，可得出圆柱体的长度为L=50+
。
（3）欧姆表的读数：
该表的阻值约为R=
。
（4）一、仪器的选择：
电表指针在表盘的中间
区域内读数较为准确。
电源电动势为4v,故电压表应选
；电路最大电流约为
，故电流表应选
；为方便实验操作，滑动变阻器应选
。
二、电路的选择：
待测电阻的阻值约为220
，滑动变阻器最大阻值为15
，为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法；电压表内阻约为10K
，电流表内阻约为30
，
，故电流表应该采用外接法。
实验电路图如图所示。
考点：
实验——测定金属的电阻率。
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