专题101电阻测量创新实验（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十七章  电学创新实验

专题101  电阻和电阻率测量创新实验

第一部分  知识点精讲

一、测量电阻的各种方法

电阻的测定是欧姆定律的重要应用，是整个电学实验的核心，是高考电学实验命题的热点。以教材中伏安法测电阻为原形实验，变换出安安法、伏伏法、比较法、半偏法、替代法等多种不同的测量方式，综合考查仪器选择、电路设计与分析、实验数据处理与误差分析，从而全方位考查考生的实验能力。

二、电学创新实验的两个大方向

1.实验原理的拓展与创新,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,要解决此类实验问题,应摒弃简单地背诵实验而向分析理解实验转变.

（1）实验原理的创新方法通常有:

（i）.转换法:将无法(或不易)测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再求待测物理量,这种方法叫转换测量法(简称转换法).如在“测量金属电阻率”的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但通过测金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,可以计算出它的电阻率.

（ii）.替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量.

（iii）.控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结.如“探究电阻的决定因素”实验.

（2）.在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等.

（3）.对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即首先要注意到其自身量程对电路的影响,其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能,因此在测电压表内阻时无需另并联电压表,测电流表内阻时无需再串联电流表.

2.实验器材的创新与使用,试题的创新点有时是改变实验器材,或者将一个“全新”的元件引入实验中进行应用或研究,注重考查考生的知识迁移能力和解决实际问题的能力.

一般电学实验器材的创新有两方面:

（1）.引用新的器件,如二极管、感光材料、热敏电阻等与实际生产、生活密切相关的常见器件,要求学生多关注一些生活中的传感器;

（2）.改变器材的使用方法,电源进行串联或并联、把电压表当电流表或者改装电压表等.

第二部分 最新高考题精选

1．（2022·高考广东物理）（9分）弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件，某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：

（1）装置安装和电路连接

如图11（a）所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图11（b）所示的电路中。

（2）导电绳拉伸后的长度L及其电阻的测量

①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。

②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关，闭合开关，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和。

③闭合，电压表的示数__________（选填“变大”或“变小”）。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数，则此时导电绳的电阻__________（用、和U表示）。

④断开，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。

（3）该电压表内阻对导电绳电阻的测量值__________（选填“有”或“无”）影响。

（4）图11（c）是根据部分实验数据描绘的图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻为，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为__________，即为机械臂弯曲后的长度。

7. （2021年6月浙江选考物理）小李在实验室测量一电阻R的阻值。

（1）因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数，电流表的示数如图2所示，其读数___________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为，。由此可知应采用电流表___________（填“内”或“外”）接法。

（2）完成上述实验后，小李进一步尝试用其它方法进行实验：

①器材与连线如图3所示，请在虚线框中画出对应的电路图___________；

②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关挪到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图3所示。则待测电阻___________。此方法___________（填“有”或“无”）明显的实验误差，其理由是___________。

5.（2015重庆理综）同学们测量某电阻丝的电阻，所用电流表的内阻与相当，电压表可视为理想电压表。.

①若使用题6图2所示电路图进行实验，要使得的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的        点（选填“b”或“c”）.

②测得电阻丝的图如题6图3所示，则为         （保留两位有效数字）。

③实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态.某同学发现对炽热电阻丝吹风，其阻值会变化.他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻随风速（用风速计测）的变化关系如题6图4所示.由图可知当风速增加时，会          （选填“增大”或“减小”）。当风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器的滑片向       （选填“M”或“N”）滑动。.

④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如题6图5所示的电路.其中为两只阻值相同的电阻，为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，为待接入的理想电压表。如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“+”端和“—”端应分别连接到电路中的       点和       点（在“a”“b”“c”“d”中选填）.

第三部分 最新模拟题精选

1. （2022福建厦门四模）某同学为了测量一段粗细均匀电阻丝AB的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。已知电源为一节干电池（约1.5V），滑片P与电阻丝接触良好。实验步骤如下：

（1）连接好电路，闭合开关前，滑片P应置于________端（填“A”或“B”）；

（2）闭合开关S，调节滑片P的位置，测出电阻丝AP部分的长度L和电压表的读数U；当滑片P处在某一位置时，电压表的指针位置如图乙所示，则读数U＝________V；

（3）改变P的位置，测得多组L与U的值；

（4）在坐标纸上作出的图像，如图丙所示；

（5）若不计电源内阻，定值电阻阻值为R，金属丝的直径为d，图像的纵轴截距为b，斜率为k，则金属丝的电阻率为________（用R，d，π，b，k表示）；

（6）若考虑电压表内阻的影响，则金属丝电阻率的测量值________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。

2. （2022山西临汾模拟）某同学探究导电溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律。他拿了一根弹性很好的橡胶管，里面灌满了盐水，两端用与胶管内径大小相同的铜棒塞住管口，形成一段封闭的盐水柱，给两铜棒连接导线，测量盐水柱的电阻。

（1）该同学测出了在不受拉力时盐水柱的长度，并用欧姆表的“”挡粗略测量此时的电阻，如图甲所示，则此时电阻为 __。

（2）为了更精确的测量盐水柱的电阻，该同学设计了如图乙所示的电路，其中、为已知电阻，为电阻箱，为滑动变阻器，为盐水柱形成的电阻。操作步骤如下：

①接通开关；

②接通开关后马上断开，观察灵敏电流计的偏转情况；

③反复调节并重复步骤②，直至接通后灵敏电流计示数为零。

则__（用题目中物理量的符号表示）。

（3）该同学用力拉橡胶管，使橡胶管变长，测出几个不同长度下橡胶管中盐水柱的电阻，并用图像法进行探究。他用盐水柱的电阻为纵坐标，为了使图线为直线，则横坐标应为 __（选填“”、“ ”或“” 。该同学选取正确的坐标做出图像，测得图线的斜率为（单位采用国际单位），又测得橡胶管中盐水的体积为，则可知该盐水的电阻率为 __（保留两位有效数字）。

3．（2022重庆名校质检）12. 为测量A、B两金属丝的电阻率，小戴同学设计了如图甲、乙所示的两种实验方案。已知电源的电动势E和内阻r在实验过程中保持不变。

（1）小戴先进行图甲方案的测量：

①利用螺旋测微器测出A金属丝的直径，示数如图丙所示，则A金属丝直径的测量值=_______mm；

②把A金属丝接入图甲电路，并用刻度尺测出接入电路的A金属丝的长度l=50.00cm。闭合开关，改变滑动变阻器阻值，记录两电表的测量数据如下表所示，数据的对应点已经标在如图丁所示的坐标纸上，请在图丁中画出U-I图线_______；

③该方案测得的A金属丝的电阻率ρ＝________Ω·m（保留两位有效数字）。

（2）小戴又用图乙所示方案测量B金属丝的电阻率，通过移动接线夹位置（即图乙滑动变阻器符号上的箭头接触金属丝的位置），以控制接入电路中金属丝的长度；

①实验操作步骤：

a．正确连接电路，设计电阻箱的阻值，闭合开关；

b．读出电流表的示数，记录接线夹的位置；

c．断开开关，测出接入电路的金属丝的长度；

d．闭合开关，重复b、c的操作。

②根据测得电流与金属丝接入长度关系的数据，画出如图戊所示的关系图线，由图可以得到图线的斜率为k。已知金属丝直径为d，电动势E、内阻r，则乙金属丝的电阻率为______（用给出的字母表示）。

（3）图乙方案中电流表的内阻对电阻率的测量值_______（填“会”或“不会”）造成影响。

4.(8分)(2022山西太原重点高中质检)在高速铁路电力机车上,为了保证长距离稳定供电,常用一种配件——受电弓碳滑板.某同学想利用如图(甲)所示的电路测量一段碳滑板上碳材料的电阻率,他在工程师的指导下将这种碳材料均匀涂抹在一根外径为 d=8.5 mm的细长陶瓷管表面,形成一层导电膜.

(1)该同学利用螺旋测微器测量涂完碳材料的陶瓷管的外径D,示数如图(乙)所示,则外径D=　　　　mm. 

(2)由图(甲)可知该电路中滑动变阻器采用的是　　　      接法,电流表采用的是　　　接法.若已知该导电膜的长度为L,某次测量时电压表的读数为U,电流表的读数为I,则该碳材料的电阻率的表达式为ρ=　　　　　(用已知量的符号表示). 

(3)请你在图(丙)虚线框中将图(甲)所示的实物电路转化成电路原理图(用给出的符号连接).

5．(2020·潍坊五校联考)某同学在实验室发现一根粗细均匀、中空的圆柱形导电元件，其横截面为同心圆环，如图甲所示，该同学想知道中空部分的内径d，但该元件的内径太小，无法直接测量，他设计了如下实验进行测量，已知该元件的长度L及电阻率ρ。

(1)用螺旋测微器测元件的外径D，结果如图乙所示，该读数为________mm。

(2)用多用电表测出其阻值，多用电表的“Ω” 挡有“×1”“×10”“×100”“×1 k”四挡，选用“×100”挡测量时，发现指针偏转角度过大，换用相邻的某倍率，重新调零后进行测量，结果如图丙所示，则该元件的电阻为________Ω。

(3)为精确地测量该元件电阻，有下列器材可供选择：

A．电流表A1(量程50 mA，内阻r1＝100 Ω)

B．电流表A2(量程150 mA，内阻r2大约为40  Ω)

C．电流表A3(量程3 A，内阻r3大约为0.1 Ω)

D．滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)

E．直流电源E(9 V，内阻不计)

F．导电元件Rx

G．开关一只，导线若干

请选择合适的仪器，将实验电路图画在虚线框内，并标明所选器材的代号。

(4)若测得该元件的电阻为R，则元件的内径d＝________________。(用已知量和所测物理量的符号表示)

6. (10分) （2020江苏高考仿真模拟3）某同学设计了如图所示的电路来测量一未知电阻Rx的阻值。该电阻约为200Ω，已知直流电源的电动势为9 V，内阻较小，电阳箱R的规格为0-999.90.可供选择的电流表为：A1(量程500 mA，内阻约为10Ω)，A2(量程100 mA，内阻约为20Ω)，A3(量程50mA，内阻约为50Ω)

（1）如图甲为多用电表的示意图，现用它粗测Rx的阻值，请用图中所示旋钮名称填空并完善测量步骤。将选择开关旋转到“Ω”挡的_____（选填“×10”或“×100”）位置，欧姆调零后再将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，读数如图乙所示，则Rx=____Ω。

(2)为了测量准确，减小误差，电流表应该选用     ( 选填"A1”、“A2”或“A3”）；

(3)闭合开关S1前，将电阻箱R的电阻调到最大值。先闭合开关S1，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，使电阻箱的阻值比200Ω稍大，记录这时电阻箱的示数R1，电流表的示数I；再断开开关S2，将电阻箱的阻值小，电流表的示数为I，记录这时电阻箱的阻值为R2，则被测电阻的阻值Rx=      （用记录的数值字母表示)。

(5)若实验中所用电源为旧的干电池，且实验操作时间较长，导致干电池的内阻有所变大，则待测电阻的测量值与真实值相比偏          (选填“大”或“小”)。