2022届高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验8 测定金属的电阻率教案 新人教版

1、2022届高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验8 测定金属的电阻率教案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验8 测定金属的电阻率教案 新人教版年级：姓名：- 23 -实验八测定金属的电阻率1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)进一步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。2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。甲乙3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

2、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4.实验步骤(1)测d：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)连电路：连接好用伏安法测电阻的实验电路。(3)测l：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)调滑动变阻器最大：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)u、i测量：闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出

3、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)求：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。5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。6误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，金属丝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

4、金属丝的电阻率变大，造成测量误差。7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。 教材原型实验1某实验小组利用如下器材测量某金属丝的电阻率：a电源(3 v，内阻约为0.1 )b电流表(量程0.6 a，内阻约为0.1 )c电流表(量程3 a，内阻约为0.03 )d电压表(量程3 v，内阻约为3 k)e滑动变阻器(1 k，0.3 a)f滑动变阻器(20 ，2 a)g待测金属丝、螺旋测微器、米尺、开

5、关和导线等甲乙(1)实验的主要步骤如下：a截取一段金属丝，拉直并固定在两端带有接线柱的米尺上，观察其接入长度在米尺上的示数如图甲所示，则读数为_ cm；b用螺旋测微器测出金属丝的直径，某次测量时示数如图乙所示，其读数为_ mm；c正确连接电路，合上开关；d改变滑动变阻器的位置，读出电压表和电流表的示数，记录如下表：次数12345u/v0.801.001.501.802.30i/a0.180.220.340.420.52e.断开开关，整理器材，结束实验操作。(2)根据以上信息，你认为该小组选用的电流表是_，滑动变阻器是_(只填仪器前的代号)；请设计较为节能且误差较小的电路，把图丙电路连接完整。丙

6、丁(3)该小组的测量数据已标在图丁ui图上，请作图线并计算该金属丝的电阻值为_ (保留两位有效数字)，根据电阻定律即可得到该金属丝电阻率。解析(1)由题图甲所示刻度尺可知，其分度值为1 mm，故示数为50.00 cm，由题图乙所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5 mm，可动刻度示数为21.20.01 mm0.212 mm，螺旋测微器的示数为0.5 mm0.212 mm0.712 mm。(2)电路最大电流约为0.52 a，则电流表应选b。根据变阻器能允许通过的最大电流以及为了方便实验操作，滑动变阻器应选f。由于电压的变化范围大，所以要选择分压式接法；由表格中的数据可知，待测电阻丝的电阻值约5

7、 ，属于小电阻，所以电流表应选择外接法，实物电路图如图所示。(3)由(2)中ui图线的斜率表示金属丝的阻值，可得金属丝的电阻值为r4.4 。答案(1)a50.00b0.712(2)bf实验电路见解析(3)4.4(4.24.6)2在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中：(1)某实验小组用如图所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究，a、b、c、d是四种金属丝。实验小组讨论时，某同学对此电路提出异议，他认为，电路中应该串联一个电流表，只有测出各段金属丝的电阻，才能分析电阻与其影响因素的定量关系，你认为要不要串联电流表？并简单说明理由。_。几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示：电路图中金属丝

8、a、b、c分别为下表中编号为a、b、c的金属丝，则金属丝d应为下表中的_(用表中编号d、e、f表示)。编号材料长度l/m横截面积s/mm2a镍铬合金0.300.50b镍铬合金0.500.50c镍铬合金0.301.00d镍铬合金0.501.00e康铜丝0.300.50f康铜丝0.501.00(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后，想测定某金属丝的电阻率。甲乙用毫米刻度尺测量金属丝长度为l80.00 cm，用螺旋测微器测金属丝的直径如图甲所示，则金属丝的直径d为_。按如图乙所示连接好电路，测量金属丝的电阻r。改变滑动变阻器的阻值，获得六组iu数据描在如图所示的坐标系上。由图可求得金

9、属丝的电阻r_ ，该金属丝的电阻率_ m(保留两位有效数字)。解析(1)串联电路的电流处处相等，串联电阻两端电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两端电压大小即可比较电阻大小；探究影响电阻的因素，应用控制变量法，实验已选a、b、c的金属丝，根据控制变量法的要求，应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同，因此d应选表中的e。(2)由图示螺旋测微器可知，其示数为1.5 mm10.00.01 mm1.600 mm；根据坐标系内的点作出图象如图所示，由图象可知，电阻值为r 0.52 ，由r可得电阻率1.3106 m。答案(1)不需要，串联电路的电流处处相等，电压与电阻成正比e(2)1.600 mm

10、0.521.3106 拓展创新实验实验器材创新(2019天津高考)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_ mm。(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻rx约为100 ，画出实验电路图，并标明器材代号。电源e(电动势10 v，内阻约为10 )电流表a1 (量程0250 ma，内阻r15 )电流表a2 (量程0300 ma，内阻约为5 )滑动变阻器r (最大阻值10 ，额定电流2 a)开关s及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表a1的读数为i1，电流表a2的读数为i2，则这段金属丝电阻的计算式rx

11、_。从设计原理看，其测量值与真实值相比_(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析(1)d20.00.01 mm0.200 mm。(2)本题中测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表a1充当电压表，由于电流表a1的额定电压ua1imr11.25 v，比电源电动势小得多，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。(3)电流表a1、a2读数分别为i1、i2时，通过rx的电流为ii2i1，rx两端电压ui1r1，故rx，不考虑读数误差，从设计原理看测量值等于真实值。答案(1)0.200(0.1960.204均可)(2)见解析(3)相等创新点解读：本题的创新点是应用双电流表替代电压表和电流表测电阻，

12、而且实验中能利用两电流表之差测出流过rx的真实电流值，使实验无系统误差。实验目的创新(2020上海静安模拟)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(阻值为4 k)，定值电阻r2(阻值为2 k)，电阻箱r(最大阻值为9 999 )，单刀双掷开关

13、s，导线若干，游标卡尺，刻度尺。甲乙丙实验步骤如下：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关系图象。自来水的电阻率

14、_ 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_(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。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得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得eur2，联立解得rx。(3)由电阻定律rx，rx，联立解得r。r关系图象斜率k0.4103 m，k，s，代入数据解得14 m。(4)本实验中若电压表v

15、1内阻不是很大，则由(2)可得rx，其中r1为电压表v1的内阻与r1的并联值，因为并联值小于r1，则应用rx计算rx时，测得的rx值偏大，即自来水电阻测量值偏大，则自来水电阻率测量结果将偏大。答案(1)30.00(2)(3)14(4)偏大创新点解读：本实验由利用教材实验原理测自来水在15 时的电阻率替代测量金属丝的电阻率，且数据处理时由rf(1,l)图象替代ui图象。数据处理创新(2020咸阳模拟)某同学为测量电阻丝的电阻率，设计了如图甲所示的电路，电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝，保护电阻r04.0 ，电源电动势e3.0 v，电流表内阻忽略不计，滑片p与电阻丝始终接触良好。甲乙丙

16、(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d_ mm。(2)实验时闭合开关，调节滑片p的位置，分别测量出每次实验中ap长度x及对应的电流值i，实验数据如表所示。x/m0.100.200.300.400.500.60i/a0.490.430.380.330.310.28/a12.042.332.633.033.233.57将表中数据描在x坐标纸中，如图丙所示，该图象的斜率的表达式k_(用题中字母表示)，由图线求得电阻丝的电阻率_m(保留两位有效数字)。根据图丙中x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为r_ (保留两位有效数字)。解析(1)螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线

17、没有露出，可动刻度上的格数要估读一位，读数应为0.01 mm40.00.400 mm。(2)由闭合电路的欧姆定律，i，变形得，由电阻定律rx，s，代入上式得x，可看出与x是一次函数关系，函数图象的斜率k；由题图丙中的数据算出图象的斜率k a1m13 a1m1，则 m1.1106m；题图丙中x关系图线的纵截距为1.77，此时待测电阻丝电阻为零，由闭合电路欧姆定律得：ei(rr0)，解得r1.3 。答案(1)0.400(2)1.11061.3创新点解读：本题创新点在于公式的变换，体现数学知识在物理中的应用，本题作出了x图线，根据闭合电路欧姆定律i，rx可知，x图线的斜率k，由此式，结合图象可求出电

18、阻丝的电阻率。1.(实验器材创新)(2020海南海口质检)某实验小组要测量一根金属丝的电阻率，设计如图(a)所示的实验电路。请填写空格处相关内容。图(a)图(b)图(c)(1)将p移到金属丝a位置，开启电源，合上开关s，调节电阻箱的阻值到_(填“最大”或“零”)，并读出此时电流表的示数i0，断开开关s；(2)适当向b端滑动p，闭合开关s，调节电阻箱使电流表示数为_，记录电阻丝ap部分的长度l和电阻箱对应的阻值r，断开开关s；(3)重复步骤，直到记录9组l和r值并画出rl的关系图线如图(b)所示；(4)根据rl图线，求得斜率为_/m。(5)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图(c)，其示数为_ mm

19、，可算得金属丝的电阻率为_ m。(要求(4)(5)的计算结果保留三位有效数字)解析(1)根据实验原理可知，开启电源，合上开关s，应调节电阻箱的阻值到零时读出电流表的示数为i0，根据闭合电路欧姆定律应有：i0(2)适当向b端滑动p，闭合开关s，调节电阻箱使电流表示数仍为i0，则应有：i0联立以上两式可得a、p间的电阻raprabrpbr；(4)根据电阻定律有：rap，则rl图象的斜率k /m32.0 /m；(5)螺旋测微器的读数为：d20.00.01 mm0.200 mm；由上分析有：k，sd2，联立得：1.00106 m。答案(1)零(2)i0(4)32.0(5)0.2001.001062(实

20、验目的创新)(2020山东新高考模拟)某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值。所用器材有电流表a1、a2，电阻箱r1、滑动变阻器r2、待测铅笔芯rx、电源e、开关s及导线等。操作步骤如下：调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表a1、a2的示数分别为i1、i2。甲乙请回答以下问题：(1)若电流表的内阻可忽略，则电流表示数i2_i1时，电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值。(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，该笔芯的直径为_ mm。(3)已测得该笔芯的长度l20.00 cm，电阻

21、箱r1的读数为5.00 ，根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率_ m。(结果保留3位有效数字)(4)若电流表a2的内阻不能忽略，仍利用(1)中方法，则笔芯电阻的测量值_真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)若电流表的内阻可以忽略，由并联电路规律可知，电流表a2的示数i2时，电阻箱的阻值等于待测铅笔芯的阻值。(2)根据螺旋测微器读数规则知，图乙所示的铅笔芯的直径为d0.5 mm0.500 mm1.000 mm。(3)待测铅笔芯阻值rx5.00 ，铅笔芯的横截面积sd2(1.000103)2 m2106 m2，由rx，解得106 m1.96105 m。(4)若电流表a2的内阻不能忽略

22、，则有r1ra2rx，即电阻箱阻值r1小于待测铅笔芯阻值rx，可知铅笔芯电阻的测量值小于真实值。答案(1)(2)1.000(3)1.96105(4)小于3(数据处理创新)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

23、.2 )；电阻箱r(0999.9 )；开关、导线若干。甲乙丙实验操作步骤如下：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

24、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”)。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i0.14 a140 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rrr

25、al，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 测量电阻常用的四种方法用“替代法”测电阻1实验原理(如图)2实验步骤s先与2相接，记录的示数，再与1相接，调节r值使示数与原值相等，则rxr。3说明：对的要求，只要有刻度且不超过量程即可，与指针是否超无关，因为电流表示数不参与运算。示例1电流表a1的量程为0200 a，内阻约为500 ，现要准确测量其内阻，除若干开关、导线之外还有器材如下：电流表a2：与a1规格相同滑动变阻器r1：阻值为020 电阻箱r2：阻值为09 999 保护电阻r3：阻值约为3

26、 k电源：电动势e约为1.5 v、内阻r约为2 (1)如图所示，某同学想用等效法测量电流表内阻，设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成。(2)电路补充完整后，请你完善以下测量电流表a1内阻的实验步骤。a先将滑动变阻器r1的滑片移到使电路安全的位置，再把电阻箱r2的阻值调到_。(选填“最大”或“最小”)b闭合开关s、s1，调节滑动变阻器r1，使两电流表接近满偏，记录电流表a2的示数i。c保持s闭合、滑动变阻器r1的滑片位置不变，断开s1，再闭合s2，调节r2，使电流表a2的示数_，读出此时电阻箱的阻值r0，则电流表a1内阻r1_。解析(1)滑动变阻器的最大阻值远

27、小于待测电流表内阻，因此必须采用分压式接法，电路图如图所示。(2)a实验前电阻箱r2应该调节到最大，以保证两电表安全；c让电流表a2示数不变，可直接从电阻箱r2的读数得到电流表a1的内阻r1。答案(1)见解析图(2)a最大c再次为i(或仍为i)r0用“半偏法”测电阻1利用电流表半偏测电流表的内阻(1)实验原理(如图)(2)实验步骤r1调至阻值最大，闭合s1，调r1的阻值使示数达到满偏值。保持r1阻值不变，闭合s2，调节r2使示数达到满偏值一半，同时记录r2的值。rar2。2利用电压表半偏测电压表的内阻(1)实验原理(如图)(2)如图所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下：滑动变阻器的滑片滑至最右

28、端，电阻箱的阻值调到最大；闭合s1、s2，调节r0，使表示数指到满偏刻度；断开s2，保持r0不变，调节r，使表指针指到满刻度的一半；由上可得rvr。示例2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。图(a)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

29、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_(选填“r1”或“r2”)。(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。图(b)(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 a c500 ad1 ma解析(1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较

30、小，故选r1可减小实验误差。(2)滑动变阻器为分压式，连接实物电路如图所示。(3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00 v和0.50 v，则rv4r2 520 。(4)电压表的满偏电流ig a1 ma，故选项d正确。答案(1)r1(2)见解析图(3)2 520(4)d用“差值法”测电阻1电流表差值法(1)原理：如图所示，将电流表与定值电阻r0并联再与电流表串联，根据i1r1(i2i1)r0，求出内阻r1。(2)条件：电流表的量程小于电流表的量程。r0已知。(3)结果：r1或r0(用于r1已知，测量r0)。2电压表差值法(1)原理：如图所示，将电压表与定值电阻r0串联再与电压表并联，根据u

31、2u1r0，求出电压表的内阻。(2)条件：电压表的量程大于电压表的量程。r0已知。(3)结果：r1r0或r0r1(用于r1已知，测量r0)。示例3(2018全国卷)一课外实验小组用如图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 )；可视为理想电压表；s1为单刀开关，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；图(a)图(b)(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，记下此时电压表的示数u1；然后将s2掷于2端，记下此时电压表的示数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1位小数)解析(1)依电路图连接实物图如图。(4)由于电压表可视为理想电压表且滑动变阻器滑动端的位置不变时，通过r0和rx电流不变，因此有，待测电阻阻值的表达式rxr0。(6)将数据代入rxr0，求平均值得rx