专题9.5 实验：测金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案

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专题9.5 实验：测金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc6587" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc6587 1
\l "_Tc32065" 一．实验原理 PAGEREF _Tc32065 1
\l "_Tc8657" 二．实验器材 PAGEREF _Tc8657 1
\l "_Tc18798" 三．实验步骤 PAGEREF _Tc18798 2
\l "_Tc19103" 四．数据处理 PAGEREF _Tc19103 2
\l "_Tc30498" 五．误差分析 PAGEREF _Tc30498 2
\l "_Tc22725" 六．注意事项 PAGEREF _Tc22725 2
\l "_Tc22540" 七．测量仪器、仪表的读数 PAGEREF _Tc22540 2
\l "_Tc8342" 【典例分析】 PAGEREF _Tc8342 3
\l "_Tc6918" 【专题精练】 PAGEREF _Tc6918 6
【考点扫描】
一．实验原理
由R＝ρeq \f(l,S)得ρ＝eq \f(RS,l)，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ρ。
测金属电阻的电路图和实物图如图甲、乙所示。
甲 乙
二．实验器材
被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～50 Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。
[部分器材用途]
三．实验步骤
(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节到使其接入电路中的电阻值最大的位置。
(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Rx、l、d值，代入公式R＝ρeq \f(l,S)和S＝eq \f(πd2,4)中，计算出金属丝的电阻率。
四．数据处理
(1)在求Rx的平均值时可用两种方法
①用Rx＝eq \f(U,I)分别算出各次的数值，再取平均值。
②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ρ＝Rxeq \f(S,l)＝eq \f(πd2U,4lI)。
五．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，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。
六．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。
七．测量仪器、仪表的读数
1．游标卡尺
(1)游标卡尺的读数＝主尺读数＋游标尺读数。
(2)游标卡尺的读数方法：“三看”
①第一看→精确度
②第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端(如图所示)
③第三看→游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐
2．螺旋测微器
螺旋测微器读数＝固定刻度部分读数(mm)＋可动刻度部分读数×精确度(mm)。注意估读，以及半刻度线是否已露出。
3．电压表和电流表
(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。
(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。
(3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。
【典例分析】
【例1】.(2020海口市高三模拟)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为________cm，高度为________mm。
甲
乙
【例2】．(1)如图甲所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表______A，图中表针示数为________A。
甲 乙
(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示________V，图中表针的示数为________V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针示数为________V。
丙
(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________Ω，今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是_____________________________________。
若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为________。
【例3】(2020·四川广元统考)在测定金属电阻率的实验中，所用金属电阻丝的电阻约为30 Ω。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。
(1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。
(2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材：
电压表V1(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)
电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为15 kΩ)
电流表A1(量程为0～100 mA，内阻约为5 Ω)
电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0～5 Ω)
滑动变阻器R2(0～1 kΩ)
电源(电动势为4.5 V，内阻不计)
为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电流表应选________，滑动变阻器应选________。
(3)如图甲所示，将电阻丝拉直后，将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头，触头的另一端为接线柱c，当用手按下触头时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可在刻度尺上读出。实验中改变触头与电阻丝接触的位置后移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数I保持不变，分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度L与对应的电压表的示数U。请在图甲中完成实验电路的连接，部分已连好的线不能改动。(要求：能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量)
(4)利用测量数据画出U－L图线，如图乙所示，其中(L0，U0)是U－L图线上的一个点的坐标。根据U－L图线，用电阻丝的直径d、电流I和坐标(L0，U0)计算出电阻丝的电阻率ρ＝________。
【归纳总结】实物图连接的要点
(1)各导线都应连接在接线柱上。
(2)不应在导线中间出现交叉，导线不能跨过仪器。
(3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。
(4)开关要控制整个电路。
【例4】(2020·江西宜春市上学期期末)某兴趣小组测定某种带状卷成卷盘状的导电物质的电阻率，如图甲所示．
(1)他们先用螺旋测微器测出带的厚度为d，这种物质表面镀了一层绝缘介质，其厚度不计，用游标卡尺测出带的宽度L、内径D1、外径D2(d≪D2－D1)．其中宽度L的读数如图乙所示，则宽度L＝________ mm.
(2)然后用伏安法测这根带的电阻，在带的两端引出两个接线柱，先用欧姆表粗测其电阻约为500 Ω，再将其接入测量电路．在实验室里他们找到了以下实验器材：
A．电源E(电动势为4 V，内阻约为0.5 Ω)
B．电压表V(量程为15 V，内阻约为5 000 Ω)
C．电流表A1(量程为300 mA，内阻约为2 Ω)
D．电流表A2(量程为250 mA，内阻为2 Ω)
E．滑动变阻器R1(总阻值为10 Ω)
F．滑动变阻器R2(总阻值为100 Ω)
G．定值电阻R0＝10 Ω
H．开关和导线若干
①要更好地调节和较为精确地测定其电阻，则以上不必要的器材有________(填器材前面的序号)；
②在方框内画出实验电路图；
③若测出的电阻为R，则其电阻率为ρ＝________(用d、D1、D2、L、R表示)．
【专题精练】
一、夯实基础
1．在“测定金属的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5 Ω，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：
A．电池组(3 V，内阻1 Ω)
B．电流表(0～3 A，内阻0.012 5 Ω)
C．电流表(0～0.6 A，内阻0.125 Ω)
D．电压表(0～3 V，内阻4 kΩ)
E．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)
F．滑动变阻器(0～20 Ω，允许最大电流1 A)
G．滑动变阻器(0～2 000 Ω，允许最大电流0.3 A)
H．开关、导线若干
(1)实验时应从上述器材中选用________________(选填仪器前的字母代号)．
(2)测电阻时，电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表________(选填“外”或“内”)接法，待测金属丝电阻的测量值比真实值偏__________(选填“大”或“小”)．
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为________mm.
(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________．
2．小张同学打算测量某种由合金材料制成的金属丝的电阻率ρ.待测金属丝的横截面为圆形．实验器材有毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻为几千欧)、电流表(内阻为几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝及导线若干．
(1)用毫米刻度尺测量其长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图甲和图乙所示．由图可知其长度L＝________ cm，直径为D＝________ mm；
(2)该同学计划要用图象法求出电阻的阻值，要求电压从0开始变化．请将图丙所示实物电路图中所缺部分补全；
(3)图丁是实验中测得的6组电流I、电压U的值描的点，由图求出的电阻值R＝________ Ω.(保留3位有效数字)
3．在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中：
(1)某实验小组用如图甲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．
①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．你认为需不需要串联电流表？并简单说明理由：______________________________________________.
②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)．
(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．
①用毫米刻度尺测量金属丝长度为L＝80.00 cm，用螺旋测微器测金属丝的直径如图乙所示，则金属丝的直径d为____________.
②按图丙所示连接好电路，测量金属丝的电阻R.改变滑动变阻器的阻值，获得六组I、U数据描在如图丁所示的坐标系上．由图可求得金属丝的电阻R＝____________Ω，该金属丝的电阻率ρ＝____________Ω·m(结果保留2位有效数字).
4.用伏安法测定铁铬铝合金电阻率的实验中，实验器材如下：长度为1 m直径不同的四根铁铬铝合金丝(直径：D1＝0.4 mm、D2＝0.5 mm、D3＝0.7 mm、D4＝0.9 mm)，电压表(量程0～3 V、内阻约为3 kΩ)，电流表(量程0～0.6 A、内阻约为0.05 Ω)，两个不同规格的滑动变阻器(R1：最大阻值20 Ω，额定电流2 A；R2：最大阻值1 000 Ω，额定电流0.5 A)，干电池两节，开关一个，导线若干。小明采用如图10所示的电路图对四根合金丝分别进行了四次实验，每次实验时滑动变阻器的触头始终处于同一位置，记录电表数据如下：1.67 V、1.45 V、1.10 V、0.83 V，0.37 A、0.30 A、0.21 A、0.15 A。
(1)还有一个电流表读数如图11所示，则电流为________A；
(2)实验中滑动变阻器应选择________(填“R1”或“R2”)；
(3)ab端接铁铬铝合金丝的直径越大，电流表读数应________(填“越大”或“越小”)；
(4)根据上述数据，求得铁铬铝合金的电阻率约为________Ω·m(结果保留2位有效数字)。
5.(2020·广东广州市4月综合测试)测金属丝的电阻率的实验．
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图3(a)，其示数为________ mm；
图3
(2)实验电路如图(b)，请用笔画线代替导线，完成图(c)的实物连线；
(3)开启电源，合上开关，记录aP的长度L和电流表A的示数I；移动线夹改变aP的长度L，测得多组L和I值，作出eq \f(1,I)－L图线，求得图线斜率为k；
(4)若稳压电源输出电压为U，金属丝的横截面积为S，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用k、U、S表示)．
6．在测定某金属的电阻率实验中：
图1 图2 图3
(1)某学生进行了如下操作：
①利用螺旋测微器测金属丝直径d，如图1所示，则d＝________mm。
②测量金属丝电阻Rx的电路图如图2所示，闭合开关S，先后将电压表右侧接线端P接a、b点时，电压表和电流表示数如表1所示。
该学生认真观察到两次测量中，电流表的读数几乎未变，发生这种现象的原因是________________，
比较合理且较准确的金属丝电阻Rx测＝________Ω(保留两位有效数字)，从系统误差角度分析，Rx的测量值与其真实值Rx真比较，Rx测________Rx真(填“>”“＝”或“<”)。
表1
表2
(2)另一同学找来一恒压电源，按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该同学利用该数据可算出Rx的真实值为________Ω。
7．小张同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率ρ，待测金属丝的横截面为圆形。实验器材有：毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻约几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝及导线若干。
(1)用毫米刻度尺测量待测金属丝的长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图1和图2所示，可得其长度L＝________cm，直径D＝________mm。
图1 图2
(2)该同学要用图象法求出待测金属丝的阻值，要求电压从0开始变化。请将图3所示实物电路图中所缺导线补全。

图3 图4
(3)图4是根据实验中测得的6组电流I、电压U的值描绘的点，由图可求出电阻值R＝________Ω(保留3位有效数字)。
(4)请写出待测金属丝的电阻率ρ的表达式ρ＝________(用测得的物理量符号和已知常数表示)。
8.(2020·开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形为中空．为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用表的欧姆挡“×1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙，则读数应记为________ Ω.
现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ：
A．电源E(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)
B．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1约为1 Ω)
C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω)
D．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器R0
E．开关S，导线若干
(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图．
(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量．在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若A1的示数为I1，A2的示数为I2，则该金属导体的电阻R＝________．
(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a.测边长a时，螺旋测微器读数如图丁所示，则a＝________ mm.用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________．
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
编号
材料
长度L/m
横截面积S/mm2
A
镍铬合金
0.30
0.50
B
镍铬合金
0.50
0.50
C
镍铬合金
0.30
1.00
D
镍铬合金
0.50
1.00
E
康铜丝
0.30
0.50
F
康铜丝
0.50
1.00
U(V)
I(A)
接线端P接a
1.84
0.15
接线端P接b
2.40
0.15
U(V)
I(A)
接线端P接a
2.56
0.22
接线端P接b
3.00
0.20