第10章　第55讲　实验十一　测量金属丝的电阻率 课件---2027高考一轮总复习物理

这是一份第10章　第55讲　实验十一　测量金属丝的电阻率 课件---2027高考一轮总复习物理，共74页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点一教材原型实验，螺旋测，毫米刻度尺，外接法，考点二创新实验提升等内容，欢迎下载使用。
第55讲　实验十一　测量金属丝的电阻率
提能训练　练案[55]
一、实验原理(如图所示)
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。三、实验步骤1．测金属丝直径d：在准备好的金属丝上三个不同位置用______________各测一次直径，求出其平均值d。2．按照电路图连好电路。3．测量金属丝有效长度l：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用______________测量接入电路的金属丝长度(即有效长度)，反复测量三次，求出平均值l。
4．把滑动变阻器的滑片调到最______(选填“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。7．整理仪器。
四、求Rx的平均值时可用两种方法2．图像法：作出U－I图像，利用斜率求出R，如图所示。
五、误差分析1．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________真实值，使电阻率的测量值________。2．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。3．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变______，造成测量误差。
六、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__________。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．闭合开关之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值________的位置。
5．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0～0.6 A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。6．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，其余各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。
已粗略测得金属电阻丝的阻值约为6 Ω，为了更精确地测量这根金属电阻丝的阻值，进而测得其电阻率，实验小组采用伏安法继续进行测量。现有实验器材如下：A．电源E(电动势3．0 V，内阻约0.5 Ω)B．电压表V1(0～3 V，内阻约3 kΩ)C．电压表V2(0～15 V，内阻约15 kΩ)D．电流表A1(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)E．电流表A2(0～3 A，内阻约0.025 Ω)F．滑动变阻器R1(0～5 Ω，3 A)G．滑动变阻器R2(0～1 750 Ω，1．5 A)H．开关S和导线若干
(1)为了调节方便，测量准确，并能在实验中获得尽可能大的电压调节范围，滑动变阻器应选用______、连接电路时，电压表应选______、电流表应选________(均选填选项前的字母)；(2)如图所示，实验小组使用螺旋测微器测得金属电阻丝的直径为________mm；
(3)请在下图中用连线代替导线完成实验器材的连接________(提示：注意选取合适的电表量程)；
(4)关于本次实验中产生的误差，下列说法中正确的是(本实验所用测量仪器均已校准)________(选填选项前的字母)；A．用螺旋测微器测量金属电阻丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B．用U－I图像处理实验数据求金属电阻丝电阻可减小偶然误差C．由于电流表或电压表内阻的影响会使本次实验电阻率测量值小于真实值
(5)实验过程中，调节滑动变阻器，测出6组电压U和电流I的数据，其中某次测量时电压表指针如图所示，此时金属丝两端的电压为________V，根据数据作出U－I图像如图所示，图线的斜率为k，测得该金属丝的长度为L，该合金丝的电阻率________(用d、L、k表示)。
[答案]　(1)F　B　D　(2)0.550(3)
[解析]　(1)因为要求在实验中获得尽可能大的电压调节范围，故滑动变阻器应采用分压式接法，为了调节方便，应选择阻值小的。故选F。电压表选用量程和电源电动势接近，由于电源电动势为3．0 V，所以电压表的量程应该选择0～3 V。故选B。
(2)螺旋测微器测得金属电阻丝的直径为d＝0.5 mm＋5.0×0.01 mm＝0.550 mm。(3)由于待测电阻Rx约为6 Ω，有所以电流表采用外接法，实物连接如答案图所示。
(5)由于电压表量程为0～3 V，所以一小格为0.1 V，所以电压表读数为2.50 V；
(2024·山东卷·14题)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：学生电源(输出电压0～16 V)；滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；电压表V(量程0～3 V，内阻未知)；电流表A(量程0～3 A，内阻未知)；待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；游标卡尺、螺旋测微器、开关S、单刀双掷开关K，导线若干。回答以下问题：
(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________mm；
(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(填“1”或“2”)端；
(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I－U图像如图丙所示，求得电阻RY________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω；(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm。使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
[答案]　(1)2．450　(2)1　(3)1．88　(4)大于[解析]　(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d＝2 mm＋0.01×45.0 mm＝2.450 mm。(2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。
1．实验原理的改进测量电阻时还可应用等效替代法、电桥法、双电流表法、双电压表法等。2．实验器材的改进(1)实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径，可将电阻丝紧密地缠绕在圆柱形铅笔上30～50匝，测总长度，然后求出直径。(2)本实验中可以把电压表、电流表更换为电压传感器、电流传感器。(3)实验中需要电压表或电流表而题目给出的量程不合适或没有给出时，可考虑用改装后的电压表或电流表。
3．实验方法的迁移应用4．数据处理的改进(1)改变金属丝的电阻作R－L图像。(2)在I不变的情况下，作U－L图像。
(2025·四川卷·12题)某生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有：待测合金丝样品(长度约1 m)螺旋测微器学生电源E(电动势0.4 V，内阻未知)米尺(量程0～100 cm)滑动变阻器(最大阻值20 Ω)电阻箱(阻值范围0～999．9 Ω)电流表(量程0～30 mA，内阻较小)
开关S1、S2导线若干
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上，将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置，用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径，读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm，则该样品横截面直径的平均值为________mm。(2)该小组采用限流电路，则图1中电流表的“＋”接线柱应与滑动变阻器的接线柱________(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于________端(选填“左”或“右”)。(3)断开S2、闭合S1，调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15．0 mA刻度处。断开S1、闭合S2，保持滑动变阻器滑片位置不变，旋转电阻箱旋钮，使电流表指针仍指到15．0 mA处，此时电阻箱面板知图2所示，则该合金丝的电阻率为________Ω·m(取π＝3．14，结果保留2位有效数字)。
(4)为减小实验误差，可采用的做法有________(有多个正确选项)。A．换用内阻更小的电源B．换用内阻更小的电流表C．换用阻值范围为0～99．99 Ω的电阻箱D．多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率，再求平均值[答案]　(1)0.500　(2)a　左　(3)1．3×10－6　(4)CD
(2)由于滑动变阻器采用限流式接法，应将其串联接在电路中，故采用“一上一下”原则，即电流表的“＋”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于最大阻值处，即最左端。
[解析]　(1)为了确保电路的安全，闭合开关之前应使金属丝接入电阻达到最大值，可知，金属夹置于电阻丝的A端。根据螺旋测微器的读数规则，该读数为2.5 mm＋0.01×18．0 mm＝2.680 mm。
1．(2026·湖南省雅礼中学模拟)一根细长均匀、内芯为绝缘材料的金属管线样品，横截面外缘为正方形，如图甲所示。此金属管线样品长约30 cm、电阻约10 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，因管芯绝缘材料截面形状不规则，无法直接测量其横截面积。请你设计一个测量管芯截面积S的电学实验方案，现有如下器材可选：A．毫米刻度尺B．螺旋测微器C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约为1．0 Ω)D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
E．电压表V(量程0～3 V，内阻约为6 kΩ)F．滑动变阻器R1(2 kΩ，允许通过的最大电流0.5 A)G．滑动变阻器R2(10 Ω，允许通过的最大电流2 A)H．蓄电池E(电动势为6 V，内阻约为0.05 Ω)I．开关一个、带夹子的导线若干
(1)上述器材中，应该选用的电流表是________，滑动变阻器是________(均填写器材前字母代号)。(2)若某次用螺旋测微器测得样品截面外缘正方形边长如图乙所示，则其值为________mm。(3)要求尽可能测出多组数据，则在图丙、丁、戊、己中应选择的电路图是________。
(4)若样品截面外缘正方形边长为a、样品长为L、电流表示数为I、电压表示数为U，则计算内芯横截面积的表达式为S＝________。
(2)由题图乙所示的螺旋测微器可知，固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为23．0×0.01 mm＝0.230 mm，螺旋测微器的读数为0.5 mm＋0.230 mm＝0.730 mm。(3)由于电压表内阻远大于金属管线的电阻，电流表应采用外接法；为测得多组实验数据，滑动变阻器应采用分压式接法，故选择电路图丙。
2．(2024·江西卷·12题)某小组欲设计一种电热水器防触电装置，其原理是：当电热管漏电时，利用自来水自身的电阻，可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此，需先测量水的电阻率，再进行合理设计。(1)如图(a)所示，在绝缘长方体容器左、右两侧安装可移动的薄金属板电极，将自来水倒入其中，测得水的截面宽d＝0.07 m和高h＝0.03 m。
(2)现有实验器材：电流表(量程0～300 μA，内阻RA＝2 500 Ω)、电压表(量程0～3 V或0～15 V，内阻未知)、直流电源(3 V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。(3)连接好电路，测量26 ℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃，重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的Rx－l图线，分别如图(b)中甲、乙所示。
(4)若Rx－l图线的斜率为k，则水的电阻率表达式为ρ＝________(用k、d、h表示)。实验结果表明，温度________(填“高”或“低”)的水更容易导电。(5)测出电阻率后，拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变，选用内直径为8．0×10－3 m的水管。若人体的安全电流为1．0×10－3 A，热水器出水温度最高为65 ℃，忽略其他电阻的影响(相当于热水器220 V的工作电压直接加在水管两端)，则该水管的长度至少应设计为________m。(保留2位有效数字)[答案]　(2)见解析图　(4)kdh　高　(5)0.46
[解析]　(2)电源电动势为3 V，故电压表量程选择3 V；由于电流表的内阻已知，故采用电流表内接，可以消除系统误差，故电流表采用内接法，实物图如下：
3．导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态)，某同学欲测量其电阻率，设计了如图(a)所示的电路图，其中电压表可看成理想电表。实验步骤如下：
a．现用10分度游标卡尺，测得样品截面的边长如图(b)所示；b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动；c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；d．闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表示数I＝0.40 A，读出相应的电压表示数U，断开开关S；e．多次改变丙的位置，保持电阻箱的阻值不变，测量得到多组L和U的数据，作出U－L图像如图(c)所示，得到直线的斜率为k。
回答下列问题：(1)由图(b)可读得a＝________cm。(2)从实验原理分析，图像的斜率k反映的是________。(3)写出电阻率的表达式ρ＝________(用k、a、I表示)。(4)根据图像计算出该样品的电阻率ρ＝________Ω·m(保留2位有效数字)。
[解析]　(1)由图(b)可读得a＝0.2×10 mm＋0×0.1 mm＝2．0 mm＝0.20 cm。(2)根据U＝kL可知，斜率k表示单位长度L对应的电压U，即反映了单位长度样品的电压大小。
4．某探究小组为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率，进行了如下实验探究。图乙中的实验器材：①电流表，量程为0～0.6 A，内阻为1．0 Ω；②定值电阻R0，阻值为20.0 Ω；③电阻箱R，最大阻值为999．9 Ω。
(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径d，示数如图甲所示，其读数为________mm。再用游标卡尺测得其长度l。
(3)持续使用后，电源电动势降低、内阻变大。小明认为，若再次将此圆柱形电阻连入此装置，测得电路的电流，仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会偏小。你是否同意小明的观点________(选填“同意”或“不同意”)，并给出理由_____________________________________。[解析]　(1)螺旋测微器的精度为0.01 mm，故其读数为3.5 mm＋20.0×0.01 mm＝3．700 mm。
5．某实验小组设计了如图甲所示的电路，用于测量一金属丝的电阻率。其中电流表A1(量程0～100 mA，内阻r1＝4 Ω)、电流表A2(量程0～0.6 A，内阻r2＝1.3 Ω)、电阻箱R(阻值范围0～99.9 Ω)、定值电阻R0。
(1)图甲中虚线框中可视为一个量程为0～3 V的电压表，则定值电阻R0＝________Ω(结果保留2位有效数字)。(2)实验操作步骤如下：a．如图乙所示，用螺旋测微器测量金属丝直径d＝________mmb．将该金属丝正确接入图甲电路，测得接入电路的金属丝长度L＝68．00 cmc．合上开关，调节电阻箱，记录下电阻箱的阻值R和对应的电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2，并根据多组测量数据，作出如图丙所示的I1－I2图像
(3)根据图丙图像，该金属丝的电阻为________Ω(结果保留2位有效数字)。代入电阻的决定式，即可求解电阻率。[答案]　(1)26 Ω　(2)0.680/0.679/0.681　(3)1.9
6．(2026·山东烟台高三月考)某同学在进行“测定金属的电阻率”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D＝________mm；(2)该同学用如图乙所示电路图测量金属丝Rx的电阻，供选择的仪器如下：①电流表A1(内阻为r)；②电流表A2；③滑动变阻器R1(0～1 000 Ω)；④滑动变阻器R2(0～20 Ω)；⑤蓄电池(2 V)；⑥开关S及导线若干。
(3)滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)；在图丙中按图乙用连线代替导线连接实物图；(4)闭合开关S，移动滑动触头至某一位置，记录A1、A2的读数I1、I2，通过调节滑动变阻器，得到多组实验数据；以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图像，如图丁所示。根据I2－I1图像的斜率k及电流表A1内阻r，写出金属丝电阻的表达式R1＝________；(5)测得金属丝连入电路的长度为L，则金属丝电阻率ρ＝________(用k、D、L、r表示)。
[解析]　(1)螺旋测微器测量金属丝的直径D＝2 mm＋50.0×0.01 mm＝2．500 mm。(3)根据电路原理图可知，滑动变阻器采用分压式接法，所以滑动变阻器要选择阻值范围较小的R2；根据电路原理图，实物图连线如图所示。