实验18 探究电阻大小的影响因素实验解析版1.docx
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实验18探究电阻大小的影响因素实验解析版1
实验剖析
实验十八、探究电阻大小的影响因素
【实验目的】探究影响电阻大小的因素有哪些
【猜想假设】影响导体电阻大小的因素可能是，导体的材料、长度、横截面积等。
【实验方法】控制变量法和转换法
【实验设计】
（1）在几个因素中，如何研究其中的一个因素是否影响电阻的大小，常用的方法是控制变量法。
①保持材料和横截面积一定，研究电阻与导体长度的关系。
②保持材料和长度一定，研究电阻与导体横截面积的关系。
③保持长度和横截面积一定，研究电阻与导体材料的关系。
（2）已经提供了如图所示的几种导体，还需要的器材有：
电源、电流表、开关、导线
（3）电路图：
【实验过程】
探究电阻大小跟导体长度的关系应选择A、B两根电阻丝。
表1
接入的导体
长度
横截面积
电流/A
A（镍铬合金丝）
L
s
B（镍铬合金丝）
2L
s
结论：
导体的材料和横截面积一定时，导体的长度越长，导体的电阻越大。
探究电阻的大小跟导体横截面积的关系应选择A、C两根电阻丝。
表2
接入的导体
长度
横截面积
电流/A
A（镍铬合金丝）
L
s
C（镍铬合金丝）
L
2s
结论：
导体的长度、材料一定时，导体的横截面积越小，导体的电阻越大。
探究电阻的大小跟导体材料的关系应选择A、D两根电阻丝。
接入的导体
长度
横截面积
电流/A
A（镍铬合金丝）
L
s
D（锰铜丝）
L
s
结论：
导体的电阻与材料有关。
【实验补充】
导体的电阻受温度的影响：
（1）导体的电阻与它的温度的高低有关，金属导体的电阻通常随温度的升高而增大。
而有些导体的电阻，如铅笔芯（石墨），其电阻是随着温度的升高而减小。
在温度变化不大时，一般不考虑温度对电阻的影响。
（2）在超低温的情况下电阻突然减小为零。
【考点方向】：
1、结论可总结成公式
，其中ρ叫电阻率，与导体的材料有关。
假如架设一条输电线路，一般选铝导线，因为在相同条件下，铝的电阻小，减小了输电线的电能损失；而且铝导线相对来说价格便宜。
2、研究电阻与导体材料关系时”控制长度和横截面积不变，只改变材料，看电流表示数的变化，从而得出电阻与材料有关的结论。
3、该实验用到了两个实验探究方法：
控制变量法和转换法。
4、该实验中“转换法”的使用体现把电流表示数的变化情况来表示电阻的大小。
5、实验中用其中一个规格的材料实验时，发现刚闭合开关电流表的读数和过一段时间后第二次电流表的读数有明显的不同，说明电阻的大小还受温度的影响。
6如果实验过程中，电流表发生故障而不能使用，可以使用小灯泡来完成实验，
7、实验中选用电流表时，选择小量程（“大量程”或“小量程”）的电流表，理由是：
为了提高测量的精度，应该使用更灵敏的电流表。
8、小灯泡的电阻会随温度的升高而增大。
经典母题
如图所示，在探究影响导体电阻大小因素的实验中，导线a、b、c粗细相同，b、d粗细不同；a、b、d长度相同，根据实验回答下列问题。
（1）该实验是通过观察________的示数间接比较导线电阻的大小；此种研究方法是：
。
（2）电流表使用时选用小量程的原因是：
。
（3）如果实验时发现电流表有故障可以选用来代替，粗略地比较电阻大小，从而来完成实验。
（4）选用导线a、b分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的________有关。
（5）选用导线b、c分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的________有关；其具体关系是：
。
（6）选用导线________分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关。
（7）导体的电阻大小除了与上述因素有关外，还可能跟________有关；如果探究其中的具体关系，应该采用法来研究。
【答案】
（1）电流表；转换法；
（2）提高电流表测量的精度，使实验现象更为明显。
（3）小灯泡；
（4）材料；（5）长度；导体的材料和横截面积相同的情况下，长度越长，电阻越大。
（6）b、d；
（7）温度；控制变量法。
【解析】
（1）接入电路不同的导体时，可通过观察灯泡的亮暗或观察电流表示数来比较导体电阻的大小；把电流表的示数来间接反映电阻的大小属于转换法。
（2）为了使现象更为明显，提高电流的测量精度，可以采用小量程的接线柱，这样会电流表指针也更灵敏。
（3）如果电流表不能使用，可以用小灯泡来代替，主要是利用小灯泡的明暗程度来粗略地反映电阻的大小，但是灵敏度一般，不易观察。
（4）由图可知，导线a、b的粗细、长度均相同、材料不同，因此选用导线a、b分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的材料有关。
（5）由图可知，导线b、c的粗细、材料均相同、长度不同，因此选用导线b、c分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的长度有关；其他条件相同的情况下，电阻长度越长，电阻越大。
（6）由图可知，导线b、d的长度、材料均相同、粗细不同，因此选用导线b、d分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关。
（7）影响导体电阻大小因素除了导体的材料、长度、横截面积外，还可能跟温度有关。
若要探究其具体关系，同样使用控制变量法，让材料、横截面积、长度相同，改变温度来具体研究。
（5）
练习1：
（2020·绵阳）学校实验室有一根长略大于60cm的均匀电阻丝，小明等同学打算探究这根电阻丝不同长度的电阻与对应长度的关系。
已知这根电阻丝总电阻约6Ω。
他们设计了如图甲所示电路示意图，电源电压3V，电阻丝拉直固定在木板上的a、b两点，P为鳄鱼夹。
完成实验，回答下列问题：
（1）电流表应选用________（选填序号）。
A.电流表A1（0~60mA）B.电流表A2（0~0.6A）C.电流表A3（0~3.0A）
（2）正确连接电路，断开开关，鳄鱼夹P夹接在电阻丝上靠近b端某位置，用刻度尺测鳄鱼夹与a端间电阻丝长度L，闭合开关，读取电流表示数I；断开开关，将鳄鱼夹P向a端移动约10cm，重复前面的操作。
6次测得的电阻丝长度L和对应电流表示数I如下表所示。
序号
1
2
3
4
5
6
L/cm
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
I/A
0.51
0.60
0.73
1.05
1.48
2.95
算出的电阻R/Ω
5.9
？
4.1
2.9
2.0
1.0
计算接入电路电阻丝的电阻R，并填在上表中。
请补填根据第2次测量算出的电阻丝电阻R2＝_______Ω。
（3）请在图乙的坐标系中，制定纵横坐标的标度，把上表中数据在坐标系中描点，然后画出图像。
（4）根据你画出的图像，________（选填“可以”或“不可以”）得到结论：
在误差范围内，电阻丝的电阻与其长度成正比。
【答案】
（1）C；
（2）5.0；（3）如下图；（4）可以。
【解析】
（1）实验过程中电压为3V，最大电阻为6Ω则电路中最小电流为
所以应选择电流表A3（0~3.0A）。
（2）第二次试验的电流为0.6A，则其电阻为
；
（3）令横坐标轴每一小格为2cm，纵坐标轴每一小格为0.2Ω根据表中数据逐个画点，然后将点连线，如图；
（4）由图乙可看出在误差范围内电阻丝的电阻与其长度的比值为定值，故可得到结论：
在误差范围内，电阻丝的电阻与其长度成正比。
练习2：
（2020·南通）小明探究铅笔芯的电阻大小与长度的关系时，找来一支铅笔芯，测量其长度并用两枚金属回形针夹住其两端进行实验。
（1）图甲是测铅笔芯电阻的电路，请用笔画线代替导线将其连接完整。
①闭合开关，发现两电表均无示数，为排查故障他将电压表改接在变阻器两端，发现电压表有示数，则电路故障可能是________｡
②排除故障，移动滑片P，电流表示数为0.14A时，电压表示数如图乙，为_____V，测出的电阻为_____Ω｡
（2）移动回形针，改变并测量铅笔芯接入电路的长度，实验时发现电流表损坏，他又设计了图丙电路测量电阻。
①正确连好电路，闭合开关S，将开关S1先拨至b，移动滑动变阻器滑片P，使电压表示数为U。
②再将S1拨至a，调节电阻箱旋钮至图丁位置，观察到电压表示数略大于U，他把“×1”挡的旋钮又旋了一格，发现电压表示数略小于U，此时他________（选填“应”或“不应”）再调节滑动变阻器，以使电压表的示数恰好为U。
③推断铅笔芯接入电路的阻值________（填写范围）。
（3）小明由上述两次实验，得出铅笔芯电阻与长度的关系，请评价他在探究过程中的不足之处∶______｡
【答案】
（1）如下图；；滑动变阻器断路；2.8V；20；
（2）不应；14Ω~15Ω（3）实验次数太少，具有偶然性。
【解析】
（1）电源为2节干电池，电压小于3V，所以电压表量程应选0~3V的量程，电压表与铅笔芯并联，铅笔芯串联接入电路。
连接电路如图所示：
①闭合开关，电流表无示数说明电路断路，电压表接在铅笔芯两端无示数，而接在滑动变阻器两端有示数，说明滑动变阻器断路。
②电压表的量程为0~3V，分度值为0.1V，所以图乙中电压表的示数为2.8V。
由欧姆定律可知电阻为
（3）②应用等效法测电阻时，滑动变阻器的电阻应该保持不变，使S1接b时铅笔芯两端电压与S1接a时电阻箱两端电压相等，即分压效果相等，电阻箱的电阻等于铅笔芯电阻。
所以实验时不应该移动滑动变阻器。
图丙中电阻箱的阻值为15Ω，观察到电压表示数略大于U，他把“×1”挡的旋钮又旋了一格，发现电压表示数略小于U，则由串联分压规律可知此时电阻箱阻值变小，即电阻箱的阻值调为14Ω，所以铅笔芯接入电路的阻值为14Ω~15Ω。
（3）实验次数太少，具有偶然性。
练习3：
（2020·襄阳）某物理兴趣小组在“探究导体电阻大小与导体长度的关系”实验中，他们在如图所示电路中的A、B两点间接入待研究的电阻丝，电源电压恒定。
忽略电阻丝电阻随温度变化的影响，待用电阻丝的规格如表格所示。
序号
材料
长度
横截面积
1
碳钢合金丝
L
S
2
镍铬合金丝
2L
S
3
镍铬合金丝
L
2S
4
镍铬合金丝
2L
2S
（1）他们应选择序号为________的两根电阻丝来研究；
（2）从表中所给电阻丝的规格看，还可以用这些电阻丝来做另一个探究实验，即探究导体电阻大小与导体________的关系，这次你应该选择序号为________的两根电阻丝来做实验。
【答案】
（1）3、4；
（2）横截面积；2、4。
【解析】
（1）要探究导体电阻大小与导体长度的关系，根据控制变量法的思路，应该选择材料和横截面积都相同的两根电阻丝。
从表格中可知，序号3和序号4的材料、横截面积都相同，所以应选择序号3与序号4的两根电阻丝来研究。
（2）从表中所给电阻丝的规格看，序号2、3、4的材料都相同，长度和横截面积不完全相同，而序号2和4的材料、长度都相同，只有横截面积不同，故可以用2、4探究电阻与横截面积的关系。
练习4.（2020·凉山）如图所示，是探究影响导体电阻大小因素的实验装置图，实验中分别把a、b、c、d四根导线接入电路，其中导线a、b、d长度相同，a、b、c粗细相同，b、d粗细不同。
（1）该实验是通过观察电流表的示数来间接比较导线电阻的大小，这种科学研究问题的方法是________法；
（2）选用________两根导线分别接入电路中进行实验，是为了探究电阻大小跟导体的长度有关；
（3）选用a、b两根导线分别接入电路中进行实验，是为了探究电阻大小跟导体的________有关；
（4）选用________两根导线分别接入电路中进行实验，是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关。
【答案】
（1）转换；
（2）b、c；（3）材料；（4）b、d。
【解析】
（1）该实验中，通过电流表的示数大小间接得知接入电阻丝的阻值大小，应用了转换法。
（2）由题意可知，导线b、c的粗细、材料均相同、长度不同，故可以探究的电阻大小与长度的关系。
（3）由图可知，导线a、b的粗细、长度均相同、材料不同，因此选用导线a、b分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的材料有关。
（4）要探究电阻大小跟导体的横截面积有关，需要控制导体的材料和长度相同，横截面积不同；由图可知，导线b、d的长度、材料均相同、粗细不同，因此选用导线b、d分别接入电路中。
练习5.（2019·内江）某同学为了探究“电阻丝的电阻R与长度L、横截面积S和材料的关系”，进行了如下实验操作：
（1）如图甲所示，是取一段新的电阻丝紧密绕制，用刻度尺测量出它的直径示意图。
由此可知，电阻丝的直径为________mm，从而计算出电阻丝的横截面积S。
（2）在实验中，先保持电阻丝的横截面积S和材料不变，探究电阻丝的电阻R与长度L的关系，这种方法叫做________法（选填“等效替代”或“控制变量”）。
（3）为了探究电阻丝的电阻R与L的关系，实验室备有以下实验器材：
A.电源E（电压U＝1.5V）B.电流表A1（量程0～100mA）
C.电流表A2（量程0～0.6A）D.电阻箱R0（阻值0～999.9Ω）
E.待测电阻丝R（阻值约为10Ω）F.开关一个，导线若干，
则：
为了提高实验的精确程度，在实验中电流表应选的是 （选填器材前的字母代号）。
（4）把电阻丝拉直后，将其两端固定在刻度尺的接线柱a和b上，在电阻丝上夹一个金属夹P，移动金属夹P的位置，就可改变接入电路中金属丝的长度L，把这些实验器材按乙图的电路连接起来。
闭合开关S前，电阻箱的阻值应调整到________Ω。
（5）闭合开关S后，将电阻箱调到适当位置不动，多次改变金属夹P的位置，得到多组I、L的数据。
根据实验测量数据在坐标平面内，以电流的倒数1/I为纵坐标、电阻丝的长度L为横坐标，得出图象如图丙所示，根据实验图象说明，横截面积S相同的同种材料的电阻丝，接入长度L越长，电流I越小，电阻R________。
（6）该电阻丝1cm长度的阻值为________Ω。
【答案】
（1）0.8；
（2）控制变量；（3）B；（4）999.9；（5）越大；（6）0.3。
【解析】
（1）根据刻度尺读出电阻丝的长度为：
l＝1.60cm，
则电阻丝的直径为：
d＝1/n＝1.6cm/20＝0.08cm＝0.8mm；
（2）电阻的大小在不考虑温度的前提下，有三个决定因素：
材料、长度、横截面积。
因此要研究电阻的大小与每一个因素的具体关系时，要用到控制变量法，在实验中，先保持电阻丝的横截面积S和材料不变，探究电阻丝的电阻R与长度L的关系，这种方法叫做控制变量法；
（4）电路中的最大电流I＝U/R＝1.5V/10Ω＝0.15A＝150mA，所以为了提高实验的精确程度，电流表选最量程为100mA的电流表A1（或序号B）；
（5）闭合开关S前，电阻箱起到保护电路的作用，电阻箱的阻值应调整到阻值最大处，由电阻箱R0（阻值0～999.9Ω）可知，电阻箱的阻值应调整到999.9Ω。
（6）在图象上可以看到，电阻的长度越长，电流的倒数越大，电流越小，在电压一定时，电阻越大。
（7）由图乙知，电阻丝和电阻箱是串联的，
由图丙知，
当电阻丝接入0cm，就是电阻丝的电阻为零时，电源电压为1.5V，电流倒数为10A﹣1，所以电流为I'＝1/10A＝0.1A，则电阻箱的电阻为：
R'＝U/I’＝15V/0.1A＝15Ω，
当电阻丝接入10cm，就是电阻丝的电阻为R时，电源电压为1.5V，电流倒数为12A﹣1，所以电流为I''＝1/12A，则电路总电阻为：
R总＝U/I”＝18Ω，
所以10cm电阻丝的电阻为：
R＝R总﹣R'＝18Ω﹣15Ω＝3Ω，
在横截面积和材料一定时，导体的电阻跟导体的长度成正比，所以1cm的电阻丝电阻为：
R1＝R/10＝3Ω/10＝0.3Ω。
练习6.（2019·淮安）某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。
它们的材料相
同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。
在老师的帮助下，
他们测量了部分导体厚度h、边长a和电阻R，并记录在表格中。
（在测量电阻时，老师要
求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。
）根据以上
信息，请回答下面问题：
次数
厚度h/mm
边长a/mm
电阻R/×10﹣3Ω
1
1
5
1.6
2
1
10
1.6
3
1
15
1.6
4
1
20
1.6
5
2
10
0.8
6
4
10
0.4
7
5
10
0.32
（1）分析表格中的数据可得：
该种导体电阻大小与边长a （选填“有关”或“无关”），与厚度h成 （选填“正比”或“反比”）。
（2）从该种导体中，选取了厚度h之比为2：
3、边长a之比为2：
1的两个导体R1、R2，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为U1，R2两端的电压为U2，则U1：
U2＝ 。
（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。
现某集成电路需要一只阻值为1.6×10﹣3Ω的该种导体，小华从边长a为5mm、10mm、15mm、20mm的四个导体中选择了边长为5mm的导体。
与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：
。
【答案】
（1）无关；反比；
（2）3：
2；（3）优点：
集成度高，电阻大小不变，所占空间小，缺点：
容易烧坏。
【解析】
（1）由表中1~4组数据可知,厚度h相同时,电阻R与边长a无关;由表中2、5、6组数据可知,厚度变为原来的2倍,电阻变为原来的一半,厚度变为原来的4倍,电阻变为原来的
故厚度与电阻乘积为定值,电阻与厚度成反比。
（2）R1与R2串联,由
（1）知,电阻与边长无关,与厚度成反比,R·h=k（定值）。
∴R1h1=R2h2;∴R1/R2=h2/h1=3:
2;串联电路中U1/U2=R1/R2=3:
2
（3）由题意知,边长5mm的导体比其余导体更微小,所以集成度高;相同阻值导体接入同一电路中产生电热相同,但越小的导体越容易熔断。
练习7.在探究影响导体电阻大小的因素时,小明作出了如下猜想:
导体的电阻可能与
（1）导体的长度有关、
（2）导体的横截面积有关、（3）导体的材料有关.实验室提供了4根电阻丝,其规格、材料如下表所示.
编号
材料
长度/m
横截面积/mm²
A
镍铬合金
0.5
0.5
B
镍铬合金
1.0
0.5
C
镍铬合金
0.5
1.0
D
锰铜合金
0.5
0.5
（1）按照图所示“探究影响导体电阻大小因素”的实验电路,在M、N之间分别接上不同的导体,则通过观察来比较导体电阻的大小,这种研究方法称为．
（2）为了验证上述猜想
（1）,应该选用编号两根电阻丝分别接入电路进行实验.
（3）分别将A和D两电阻丝接入图M、N两点间,电流表示数不相同,由此,初步得到的结论是:
当长度和横截面积相同时,导体电阻跟有关.
（4）要进一步研究导体材料的导电性能,就需要测量导体的电阻,小明的实验方案和操作过程均正确,两表的连接和示数如图所示.但通过观察发现电流表指针偏转过小,这样会导致实验误差,解决这一问题的措施是．
（5）若实验中要继续探究温度对电阻的影响,则需要选择根电阻丝,改变进行探究,整个过程用到的实验方法有（写出一种）.
【答案】
（1）电流表示数；转换法；
（2）AB；（3）材料；（4）偏大；换用小量程进行实验；
（5）同一；温度；控制变量法
【解析】
（1）在M、N之间分别接上不同的导体,则通过观察电流表示数来比较导体电阻的大小,这里用到了转换法.
（2）要验证猜想a:
导体的电阻可能与导体的长度有关,应控制导体材料与横截面积相同而长度不同,由表中数据可以知道,应选编号为A、B的两根电阻丝进行实验.
（3）由表中数据可以知道,A、D两电阻丝的长度、横截面积相同而材料不同,将A和D两电阻丝接入图1电路中M、N两点间,电流表示数不相同,由此可以知道:
当长度和横截面积相同时,导体电阻跟材料有关;
（4）由图2所示电流表可以知道,电流表指针偏转过小,电流表读数误差较大,会增大实验误差,使实验误差偏大;电流表换用小量程,可以减小读数误差,从而减小实验误差.
（5）实验中要继续探究温度对电阻的影响必须使电阻丝的材料、长度和横截面积相同,则需要选择同一根电阻丝,根据控制变量法可以知道要改变电阻丝的温度.
练习8.如图是小明做“探究影响导体电阻大小的因素”实验所采用的电路，a、b、c、d是四根合金丝，用一只电压表分别测出它们两端的电压，得到的一次实验部分数据如表所示．
（1）四根合金丝串联在电路中，它们两端的电压之比等于它们的________之比，为探究导体电阻与横截面积的关系，应比较合金丝a和________两端的电压，合金丝d两端电压如图所示，示数为________V；
（2）在得到上表数据的过程中，________（选填“能”或“不能”）改变滑动变阻器滑片的位置，为得到更可靠的实验结论，应多次实验，每次实验测量合金丝两端电压之前，需进行的一项实验操作是。
（3）关于导体电阻与长度的关系，小明还进行了理论探究：
某金属丝电阻为R，长度为L若把n根这样的电阻丝串联在电路中，则总长度为nL，总电阻为________，从而得到导体电阻与长度的关系，依此关系，上表中合金丝b两端的电压应该为________V．
【答案】
（1）电阻；c；0.4；
（2）不能；调节滑动变阻器的滑片到不同的位置；（3）nR；2。
【解析】
（1）当通过导体的电流相同时，根据欧姆定律可知，导体两端的电压与导体中的电流成正比，可以利用电压表的示数来反映导体电阻的大小；要探究导体的电阻跟导体的横截面积的关系，就要保证导体的材料和长度都相同，而导体的横截面积不同，所以选择a和c电阻丝；电压表0-3V的量程对应的分度值为0.1V，根据指针位置电压为0.4V；
（2）在得到上表数据的过程中，为了保证电压不变，不能改变滑动变阻器滑片的位置；为得到更可靠的实验结论，应改变电阻两端电压进行多次实验，每次实验测量合金丝两端电压之前，需进行的一项实验操作是调节滑动变阻器的滑片到不同的位置；
（3）n条长为l、电阻为R的导体，我们可以把它看成是由n段长度同为l电阻同为R的导
体串联而成的，这n段导体的材料、横截面积都相同，则总长度为nL，总电阻为nR；合金
丝b的长度是a的2倍，所以b两端的电压U＝2×1V＝2V。
真题演练
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