新高考物理一轮复习重难点练习实验10 导体电阻率的测量（原卷版）

实验10导体电阻率的测量1.熟悉“导体电阻率的测量”的基本原理及注意事项.2.掌握测电阻率的电路图及误差分析．1．实验原理(如图所示)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，因此，只要测出金属丝的长度l、直径d和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.2．实验器材被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(0～0.6A)，电压表(0～3V)，滑动变阻器(0～50Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．3．实验过程(1)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丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l.(4)把滑动变阻器的滑片调到最左(填“左”或“右”)端．(5)闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内．(6)将测得的R、l、d值，代入公式ρ＝eq\f(πd2R,4l)中，计算出金属丝的电阻率．4．求R的平均值时可用两种方法(1)用R＝eq\f(U,I)分别算出各次的数值，再取平均值．(2)用U－I图线的斜率求出．5．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)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．(3)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．(4)在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．(5)若采用图像法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地通过较多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点应舍去．6．误差分析(1)金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差．(2)测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测<R真，由R＝ρeq\f(l,S)，知ρ测<ρ真．(3)通电电流过大，时间过长，致使金属丝发热，电阻率随之变化带来误差．【典例1】（2022·山西大同·高三阶段练习）某同学在进行“测定金属丝的电阻率”的实验：（1）如图甲所示，该同学用螺旋测微器测量金属丝的直径SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0；（2）该同学用如图乙所示电路图测量金属丝SKIPIF1<0（约为SKIPIF1<0）的电阻，供选择的仪器如下：①电流表SKIPIF1<0（内阻为r）；②电流表SKIPIF1<0；③滑动变阻器SKIPIF1<0；④滑动变阻器SKIPIF1<0；⑤蓄电池（SKIPIF1<0）；⑥开关S及导线若干。滑动变阻器应选择___________（选填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）。（3）在图丙中按照图乙所示电路图，用连线代替导线连接成实物图；___________（4）闭合开关S，移动滑动触头至某一位置，记录SKIPIF1<0的读数SKIPIF1<0，通过调节滑动变阻器，得到多组实验数据：以SKIPIF1<0为纵坐标，SKIPIF1<0为横坐标，作出相应图像，如图丁所示。根据SKIPIF1<0图像的斜率k及电流表SKIPIF1<0内阻r，写出金属丝电阻的表达式SKIPIF1<0___________；（5）测得金属丝连入电路的长度为L，则金属丝电阻率SKIPIF1<0___________（用k、D、L、r表示）。【典例2】（2022·全国·高三课时练习）小明用电学方法测量电线的长度，首先小明测得电线铜芯的直径为1.00mm，估计其长度不超过50m（已知铜的电阻率为1.75×10－8Ω·m），现有如下实验器材：①量程为3V、内阻约为3kΩ的电压表；②量程为0.6A、内阻约为0.1Ω的电流表；③阻值为0～20Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略，输出电压为3V的电源；⑤阻值为R0＝4.30Ω的定值电阻，开关和导线若干。小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当示数为0.50A时，电压表示数如图甲所示，读数为_______V，根据小明测量的信息，图乙中P点应该______（选填“接a”、“接b”、“接c”或“不接”），Q点应该______（选填“接a”“接b”“接c”或“不接”），小明测得的电线长度为______m。【典例3】（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测）飞飞同学在做测量金属丝的电阻率的实验时，设计了如图所示的电路进行实验，所使用的器材有：电源E（电动势为3V，内阻为r）电流表A（量程为0～0.6A，内阻为1Ω）电阻箱R（0～99.99Ω）金属丝开关K导线若干；（1）他先用螺旋测微器对金属丝的直径进行了测量，如图所示，该金属丝的直径为______mm。（2）他连接好电路，将金属丝接入电路中的长度和电阻箱均调到一个较大的值，闭合开关K，记录下电流表读数和金属丝接入电路中的长度。保持电阻箱阻值不变，多次改变并记录金属丝接入电路中的长度L，并同时记录相对应的电流表读数I。利用实验中记录的数据，描绘出SKIPIF1<0图像。由图可得该金属丝的电阻率为______（计算结果保留2位有效数字）。（3）若已知实验中电阻箱接入电路中的电阻为2.00Ω，则所用电源内阻为______Ω。（4）若实验所用电源因为长期使用，电动势略有下降，则因此得出的金属丝电阻率比真实值______（选填“偏大”、“偏小”、“相同”）。【典例4】（2022·山东·高三专题练习）实验小组在实验室中测量一段金属丝（电阻SKIPIF1<0约为SKIPIF1<0）的电阻率。本次实验提供的器材如下：电流表A：量程1mA，内阻SKIPIF1<0；电池组E：电动势3V，内阻不计；电压表V：量程0~3V，内阻约为SKIPIF1<0；定值电阻R0：阻值为SKIPIF1<0；滑动变阻器R1：最大阻值SKIPIF1<0，额定电流为2A；滑动变阻器R2：最大阻值SKIPIF1<0，额定电流为2A；开关一个、导线若干。（1）小组同学某次用10分度游标卡尺测得金属丝的长度时，不小心使部分刻度被污迹遮住了，如图甲所示，则该次测量的读数为______cm。（2）小组同学调节滑动变阻器滑片时，使电压表示数能够从零开始连续变化并尽可能减少误差，滑动变阻器应该选用_____（选填“R1”、“R2”），根据提供的器材在答题纸方框内画出实验的电路图，并在电路图中标出所选器材的符号________；（3）按照电路图连接好电路后，该小组多次改变滑动变阻器触头位置，得到了多组U，I数据，并作出U—I图像，如图乙所示，根据图像可知，金属丝的电阻为______SKIPIF1<0。（计算结果保留两位有效数字）【典例5】（2022·河北邯郸·二模）某小组测定一金属丝的电阻率，部分实验步骤如下：（1）用螺旋测微器测量该金属丝直径，示数如图1所示，则该金属丝的直径SKIPIF1<0___________mm；（2）因为在实验室找不到合适的电流表，该同学设计了如图2所示的电路，电源电动势E为4.5V，内阻r约为1Ω，定值电阻SKIPIF1<0Ω；电压表量程为3V，内阻SKIPIF1<0约为3kΩ，一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于SKIPIF1<0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、电阻箱。主要实验步骤如下：A．将器材按如图2所示连接；B．开关闭合前为了电压表的安全，金属夹应夹在电阻丝的___________（填“m”或“n”）端，并将电阻箱的阻值调到___________（填“最大”或“最小”）；C．然后调节电阻箱的阻值使电压表的示数为SKIPIF1<0V，记下电阻箱的阻值；之后不断改变SKIPIF1<0接入电路的长度x，调整电阻箱的阻值，使电压表示数始终为SKIPIF1<0V，记录下电阻丝SKIPIF1<0接入电路的长度x及对应电阻箱的阻值R，得出多组数据，作出R-x图线如图3所示。a、b为已知量；D。根据图像和测量的直径求得金属丝的电阻率SKIPIF1<0___________（用a、b、d、π等字母表示），电压表内阻使得电阻率ρ测量结果___________（填“不变”“偏大”或“偏小”）。【典例6】（2022·河南·三模）电脑充电器是我们生活中常见的充电设备，其数据线所用的导线是否合格至关重要。某物理兴趣小组从数据线内剥离出长1.5m的金属丝（估测电阻约0.4Ω），测量此金属丝的电阻率。实验室提供的器材有：A．电流表A1（量程为0~0.6A，内阻为RA=1Ω）B．电流表A2（量程为0~1A，内阻Rx2约为0.5Ω）C．电压表V（量程为0~15V，内阻为RV=10kΩ）D．定值电阻R1=1ΩE．定值电阻R2=10ΩF．滑动变阻器R（最大阻值为5Ω）G．电源E（电动势为1.5V，内阻约为2Ω）H．开关S一只，刻度尺一把，塑料细管一段，导线若干（1）该实验小组设计的部分测量电路如图甲所示，请选择合适的器材，电表1为______，电表2为______，定值电阻为______。（均填写器材前的字母序号）（2）为提高实验精度，要求流过待测金属丝的电流从零开始调节。请在虚线框中画出实验电路图_______。（3）实验中，先将选取的金属丝紧密缠绕在塑料细管上，数出其匝数N=50匝，用刻度尺测得总长度l=6.90cm（如图乙