高考物理总复习 第31讲 实验六 决定导线电阻的因素讲义-人教版高三物理试题

第31讲实验六：决定导线电阻的因素考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求实验、探究：决定导线电阻的因素14年T10—实验，考查螺旋测微器的读数、测量合金丝的电阻分析综合、实验与探究弱项清单1.游标卡尺无需估读，搞清不同分度的游标尺的精度；螺旋测微器微分套筒刻度必须要估读，主尺读数注意半毫米刻度是否露出；2.测电阻时注意选用电流表的内外接法及滑动变阻器的限流分压式接法.实验储备一、螺旋测微器和游标卡尺的使用1．螺旋测微器(1)构造：如图，S为固定刻度，H为可动刻度．(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，螺旋测微器的精确度为0.01mm(3)读数：①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出．②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)．③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＋15.0×0.01mm2．游标卡尺(如图)(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.刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm精确度(可准确到)1090.10.120190.050.0550490.020.02(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.二、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＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA>Rx测量值大于真实值R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx测量值小于真实值适用条件RA≤RxRV≥Rx适用于测量大电阻小电阻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)比值比较法若eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，则用电流表外接法．若eq\f(RV,Rx)<eq\f(Rx,RA)，则用电流表内接法．(3)试触法：如图所示，将电压表分别接在a、c和b、c两点间时，若电流表示数变化较大，说明电压表分流较大，应选用内接法，若电压表示数变化较大，则选用外接法．3.滑动变阻器的限流接法和分压接法(1)两种接法比较方式内容限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分压接法电压能从零开始连续变化调节范围大负载R上电流调节范围eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分压接法调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件(2)分压和限流电路的选择原则①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式电路．②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压式电路．③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低．4．电阻率的测定原理把金属丝接入如图所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，根据Rx＝eq\f(U,I)计算金属丝的电阻Rx，然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S，根据电阻定律Rx＝eq\f(ρl,S)，得出计算金属丝电阻率的公式ρ＝eq\f(RxS,l)＝eq\f(πd2U,4lI).技能优化【典型例题1】下图螺旋测微器的读数为________mm，游标卡尺的读数为________cm.【典型例题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50cm(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3V，内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流2A)、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是采用下图中的______图(选填“甲”或“乙”)．(3)如图所示是测量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＝________Ω(保留两位有效数字)．(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为______(填选项前的符号)．A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m(6)(多选)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．由于电流表和电压表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【学习建议】伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点．它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等．本质上都是伏安法测电阻在不同情景下的具体应用．在学习过程中要注意：重视实验原理、熟悉实验器材、理解实验方法，要能够把握好电压表、电流表的选择以及实物连线．【典型例题3】用以下器材可测量电阻Rx的阻值．待测电阻Rx，阻值约为600Ω；电源E，电动势约为6.0V，内阻可忽略不计；电压表V1，量程为0～500mV，内阻r1＝1000Ω；电压表V2，量程为0～6V，内阻r2约为10kΩ；电流表A，量程为0～0.6A，内阻r3约为1Ω定值电阻R0，R0＝60Ω；滑动变阻器R，最大阻值为150Ω；单刀单掷开关S一个，导线若干．(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的eq\f(1,3)，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图.(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx＝____________，式中各符号的意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(所有物理量用题中代表符号表示)【典型例题4】用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω)，实验室提供如下器材：电池组E：电动势3V，内阻不计；电流表A1：量程0～15mA，内阻约为100Ω；电流表A2：量程0～300μA，内阻为1000Ω；滑动变阻器R1：阻值范围0～20Ω，额定电流2A电阻箱R2，阻值范围0～9999Ω，额定电流1A开关S、导线若干．要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表______(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到______Ω，这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表．(2)在图中画完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号．(3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图所示，可读出电流表A1的示数是________mA，电流表A2的示数是________μA，测得待测电阻Rx的阻值是________．本次测量存在一定的系统误差，考虑这个原因测量值比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)．当堂检测1.(17年南京模拟)某兴趣小组在实验室完成了“测定金属电阻率”的实验．甲乙第1题图(1)正确操作获得金属丝的直径以及电压表的读数如图甲、图乙所示，则它们的读数值依次是d＝________mm、U＝________V.(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0－10Ω，金属丝电阻约2Ω，电流表内阻几欧，电压表内阻约几十千欧．电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，其电动势E＝4.5V，内阻很小．请在图中方框内画出本次实验的电路图．(3)用此电路测得的金属电阻率与真实值相比________．(选填“偏大”、“偏小”或“相同”)2．某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻．(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图(a)和图(b)所示，长度为________cm，直径为________mm.(a)(b)(c)第2题图(2)按图(c)连接电路后，实验操作如下．①将滑动变阻器R1的阻值置于最______处(选填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.②将电阻箱R2的阻值调至最______(选填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1280Ω.③由此可知，圆柱体的电阻为________Ω.3．下图是测量电阻Rx的原理图，学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0乙丙第3题图(1)根据原理图连接图乙的实物图．(2)断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u＝________V/cm，记录此时电流表A1的示数．(3)保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤(2)记录的值相同，记录长度L和A2的示数I.测量6组L和I值，测量数据已在图(c)中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx＝________；根据图丙用作图法算出Rx＝________Ω.(计算结果保留一位有效数字)

第31讲实验六：决定导线电阻的因素技能优化·典型例题1·6.576－6.5791.340·典型例题2·(1)0.398(0.395～0.399均可)(2)甲(3)如图所示(4)如图所示4．5(4.3～4.7均可)(5)C(6)CD【解析】(1)螺旋测微器的读数为0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)通过给定的数据发现电压接近从0开始，故滑动变阻器采用的是分压式接法．(3)对滑动变阻器的分压式接法，连线时应使测量电路在开始时分到的电压为0.(4)图线应过原点，且使大多数点在一条直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧．图线的斜率反映了金属丝的电阻，所以Rx＝4.5Ω.(5)由R＝ρeq\f(L,S)，S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))))eq\s\up12(2)，取d＝4×10－4m、L＝0.5m、R＝4．5Ω，解出ρ≈1×10－6Ω·m.(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误，选项C正确；利用U­I图象处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确．·典型例题3·(1)测量电路见解析图(2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)))U1为电压表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为电压表V1的内阻，R0为定值电阻【解析】(1)电路的最大电流为I＝eq\f(6V,600Ω)＝0.01A，电流表量程太大，可以把电压表V1并联一个定值电阻改装成电流表，电压表选择V2即可，要求测量多组数据，滑动变阻器需要分压式接法，电路如图．(2)流过被测电阻的电流为I＝eq\f(U1,r1)＋eq\f(U1,R0)＝eq\f(U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)),R0r1)，被测电阻阻值为Rx＝eq\f(U2－U1,I)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1))).·典型例题4·(1)A29000(2)电路如图(3)8.0150187.5Ω偏小【解析】(1)把A2和R2串联起来充当电压表，此电压表量程为3V，R＝eq\f(3,300×10－6)Ω－1000Ω＝9000Ω.(3)由图可知，电流表A1的示数为8.0mA，电流表A2的示数是150μA，待测电阻阻值为Rx＝eq\f(150×10－6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1000＋9000)),8.0×10－3)Ω＝187.5Ω.采用电流表外接法故测量的电流值偏大，因此测量的电阻偏小．当堂检测1．(1)0.9982.28(2)如图所示(3)偏小第1题图【解析】(1)螺旋测微器读数为L＝0