2020高考物理一轮总复习第八章实验八测定金属的电阻率讲义含解析新人教版.docx

实验八测定金属的电阻率 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(闭合电路)，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，通过被测金属丝的电流强度I不宜过大(电流表用00.6 A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若采用图象法求R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 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，造成测量误差热点一实验原理与操作典例赏析典例1(2016全国卷)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值50 )，滑动变阻器R2(最大阻值5 k)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干实验步骤如下：按电路原理图(a)连接线路；将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0 ，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位)(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号)A100 AB250 AC500 A D1 mA 解析(1)滑动变阻器使用的是分压式接法，为了调节效果好，选择最大阻值小的滑动变阻器R1；(2)根据电路图连接实物图，注意滑动变阻器的分压式接法，电压表与电阻箱串联，实物图如图所示；(3)电阻箱阻值为零时，电压表示数为2.5 V，认为滑动变阻器上的分压不变，即为2.5 V，所以当电压表示数为2 V时，电阻箱上分得电压为0.5 V，根据串联电路电压比等于电阻比，故电压表的内阻为电阻箱阻值的4倍，则RV4630 2 520 ；(4)根据欧姆定律可得Ig A1 mA.答案(1)R1(2)见解析(3)2 520(4)D实物图连线的技巧1总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负2对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可，注意电表的正、负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处3对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处题组巩固1实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度该同学首先测得导线横截面积为1.0 mm2，查得铜的电阻率为1.7108 m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度可供使用的器材有：电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 ；电压表：量程3 V，内阻约9 k；滑动变阻器R1：最大阻值5 ；滑动变阻器R2：最大阻值20 ；定值电阻：R03 ；电源：电动势6 V，内阻可不计；开关、导线若干回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选_(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至_端(填“a”或“b”)(2)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A时，电压表示数如图乙所示，读数为_V.(4)导线实际长度为_m(保留两位有效数字)解析：(1)由(3)中电流表的读数为0.50 A时，电压表的读数为2.30 V可知，Rx和R0的总阻值约为4.60欧姆，若选用滑动变阻器R1，电源电压为6 V，电流表的量程只有0.6 A，会把电流表烧坏，故滑动变阻器应该选R2.闭合开关前应将滑片移至a端保证连入电阻最大(2)如图所示(3)由于电压表量程03 V，分度值为0.1 V，故读数为2.30 V.(4)Rx的阻值约为1.60 ，由Rx可知，l m94 m.答案：(1)R2a(2)图见解析(3)2.30(2.292.31均正确)(4)94(9395均正确)2电学实验中经常需要测量电阻的阻值(1)测电阻的方法有很多种，现在有一只标“220 V40 W”的灯泡，它正常工作时的电阻为_ .若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻值就_(选填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值(2)用下列器材设计一个实验，测量该灯泡正常工作时的电阻值A220 V交流电源B单刀双掷开关一只C电阻箱一只(0999.9 ，额定电流0.5 A)D固定电阻一只(0.5 k，额定电流0.3 A)E交流电流表一只(00.3 A)请在方框内画出电路原理图解析：(1)正常工作时电压为额定电压，故有P，所以R1 210 ；灯泡在正常工作时发热，灯丝电阻率增大，电阻增大，因而用欧姆挡测量时阻值应小于正常工作时的电阻值(2)应用替代法因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作时的电阻值，故应串联一固定电阻，电路原理图如图答案：(1)1 210小于(2)图见解析热点二数据处理及误差分析典例赏析典例2在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_ mm(该值接近多次测量的平均值)(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的_图(填“甲”或“乙”)(3)如图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系， 如图所示， 图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点， 并描绘出UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_ (保留两位有效数字)(5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为_(填选项前的符号)A1102 mB1103 mC1106 m D1108 m(6)任何实验测量都存在误差本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_.A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由电流表和电压表的内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差解析(1)螺旋测微器的读数为：0 mm39.70.01 mm0.397 mm(0.3950.399 mm之间均正确)(2)实验测量数据中电压表示数从0.10 V开始，非常小，应考虑使用滑动变阻器分压式接法，故采用的是图甲的电路设计方案(3)连图时注意滑动变阻器的分压式接法，注意电流表和电压表的正负极如图甲(4)将第2、4、6次测量数据的坐标点标出来后，画出一条直线，舍去第6次实验数据点，让直线过坐标原点，计算出图线斜率为4.5(4.34.7之间均正确)，即为金属丝的阻值如图乙(5)根据电阻定律Rx，代入数据计算得到电阻率1106 m，C对(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，A错；电流表和电压表的内阻引起的误差属于系统误差，B错；由于该实验原理未考虑电表内阻造成的误差，因此将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由于测量仪表引起的系统误差，C对；通过UI图象处理数据时已经直观地舍去了第6次实验数据，且多次测量后画直线的目的就是取平均值，因此用UI图象处理数据更好地减小了偶然误差，D对答案(1)0.397(0.3950.399均可)(2)甲(3)见解析图甲(4)见解析图乙4.5(4.34.7均可)(5)C(6)CD1作图象时，应使大多数的点在直线或平滑的曲线上，不在线上的点尽量均匀分布在直线的两侧，误差较大的点舍去不用2偶然误差与系统误差的关系(1)偶然误差：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的通过多次测量求平均值或采用图象法处理数据可减小偶然误差(2)系统误差：由于仪器本身不精密，实验方法粗略或实验原理不完善而产生的通过校准仪器或改进实验方法和实验设计原理可减小误差题组巩固3某同学通过实验测量一种合金的电阻率(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图甲所示的部件_(选填“A”“B”“C”或“D”)从图中的示数可读出合金丝的直径为_mm.(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化由此可以推断：电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”) .(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为 58.7 .为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？ 请写出两条建议：_；_.解析：(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为(041.00.01)mm0.410 mm.(2)电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、8、9间断路(3)由题意知0.0050.02，说明电流表的分压作用不显著，故可将电流表改为内接，并测出多组U、I值，求出Rx后，再取平均值作为实验结果答案：(1)B0.410(2)7、8、9断路(3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值(或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值)4某同学为了测量电流表A1内阻的精确值，提供如下器材：电流表A1(量程300 mA，内阻约为5 )；电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 )；电压表V(量程15 V，内阻约为3 k)；滑动变阻器R1(010 ，额定电流为1 A)；滑动变阻器R2(0250 ，额定电流为0.01 A)；电源E(电动势3 V，内阻较小)；定值定阻R0(5 )；导线、开关若干(1)要求待测电流表A1的示数从零开始变化，且多测几组数据，尽可能减小误差以上给定的器材中滑动变阻器应选_.请在下面的虚线框内画出测量用的电路原理图，并在图中标出所选仪器的代号(2)若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，则r1的表达式为r1_.(3)上式中各符号的物理意义是_解析：(1)要求待测电流表A1的示数从零开始变化，且多测几组数据，应该设计成分压电路，滑动变阻器应选阻值为010 的R1.电路原理图如图所示(2)由I1r1(I2I1)R0可得电流表A1的内阻r1的表达式为r1R0.(3)r1R0中I2、I1分别为某次实验时电流表A2、A1的示数，R0是定值电阻的阻值答案：(1)R1电路原理图见解析(2)R0(3)I2、I1分别为某次实验时电流表A2、A1的示数，R0是定值电阻的阻值热点三拓展创新实验核心提炼对本实验，除常规的伏安法测电阻外，还可对实验方案进行改进，提出下面几种测量方法：1安安法若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图甲所示，当两电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，当两电表的满偏电压UA2UA1时，A1串联一定值电阻R0后，同样可测得A2的电阻R2.2伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用(1)如图甲所示，两电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，两电表的满偏电流IV1IV2时，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻R2.3半偏法测电流表内阻电路图如图所示步骤：(1)断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0.(2)保持R0不变，闭合S2，调节R，使A表读数为.(3)由上可得RAR.4等效替代法如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值典例赏析典例3(2018全国卷)一课外实验小组用如图(a)所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R020.0 )；V可视为理想电压表；S1为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器采用如下步骤完成实验(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2；(4)待测电阻阻值的表达式Rx_(用R0、U1、U2表示)；(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx_.(保留一位小数)解析(1)根据原理图进行实物连线，注意滑动变阻器的接法，如图所示(4)I，UxU2U1，Rx联立得：RxR0(6)的平均值为3.41RxR0(3.411)20.0 48.2 .答案(1)图见解析(4)R0(6)48.2题组巩固5(2019长沙模拟)现要测量电流表G1的内阻，给出下列器材：电流表G1(量程5 mA，内阻r1约为150 左右)；电流表G2(量程10 mA，内阻r2约为100 左右)；定值电阻R1100 ；定值电阻R210 ；滑动变阻器R3(0200 )；干电池E(1.5 V，内阻未知)；单刀单掷开关S；导线若干(1)定值电阻选_；(2)在虚线框中已画出部分实验电路设计图，请补充完整，并标明所用器材的代号；(3)若选测量数据中的一组计算r1，所用的表达式r1_，式中各符号的意义是：_.解析：(1)若选R2，则其阻值太小，电流过大，而R1与G1内阻相当，故选R1.(2)电路图如图所示：G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流值(3)由串、并联电路特点：I1r1R1(I2I1)，得r1R1，I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值答案：(1)R1(2)图见解析(3)R1I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值6(2017全国卷)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A，内阻大约为2 500 )的内阻可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2 000 )；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 )；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2，C、D分别为两个滑动变阻器的滑片 (1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线(2)完成下列填空：R1的阻值为_(填“20”或“2 000”)为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中的滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_.解析：(1)实物连线如图：(2)滑动变阻器R1要接成分压电路，则要选择阻值较小的20 的滑动变阻器；为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的左端对应的位置；将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1；将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的