2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-1第七章实验8探究导体电阻与其影响因素（包括材料）的关系

实验8　探究导体电阻与其影响因素（包括材料）的关系

实验原理

根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。

把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R

实验器材

电源，开关，滑动变阻器，电压表，刻度尺，四段不同的金属导体a、b、c、d（a、b、c为镍铬合金丝，d为康铜丝；a、b长度不同，横截面积相同；c横截面积与a不同，长度相同；d的横截面积与长度都与a相同）。

实验步骤

（1）测量各段金属丝的横截面积。

（2）请按照如图1所示的电路图连接好电路，并将滑动变阻器调到阻值最大处。

图1

（3）测量金属丝接入电路的有效长度。

（4）闭合开关，用电压表分别测量a、b、c、d四段金属丝两端的电压，从而知道它们的电阻比。

（5）比较a、b的电阻之比与它们的长度之比；比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比；比较a、d的电阻是否相等。

（6）改变滑动变阻器滑片的位置，获得多组实验数据。

（7）总结得出导体的电阻与它的长度、横截面积、材料这三个因素的关系。

注意事项

（1）通电时间不宜太长，电流要小。

（2）开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要取最大值。

（3）注意电表的正、负接线柱接线是否正确，量程要适当。

（4）导线长度测量要注意测导线接入电路的有效长度。

热点一　教材原型实验

【例1】　“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图2所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝。现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝，其规格如下表所示。

图2

（1）电路中四种金属丝应分别选用上表中的　　　　（用编号表示）。

（2）某学生对实验数据分析归纳出：电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R∝来表示。你认为是否正确，为什么？

_____________________________________________________________________

（3）在交流合作时，有位同学提出用如下图3所示的电路，只要将图中P端分别和1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，请你对其作出评价。

图3

解析　（1）本实验采用的是控制变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，B、C符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，C、D符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，C、E符合要求。故选B、C、D、E。

（2）不正确，因为它们的材料不完全相同　（3）不能探究出。实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等

答案　（1）BCDE　（2）见解析　（3）见解析

热点二　实验拓展创新

【例2】　（2016·浙江理综）某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表。采用分压电路接线，图4甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 Ω。

图4

（1）测R1阻值的最优连接方式为导线①连接　　　　（填a或b）、导线②连接　　　　（填c或d）。

（2）正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为　　　　Ω。

（3）已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选　　　　（填选项）。

A.①连接a，②连接c    B.①连接a，②连接d

C.①连接b，②连接c    D.①连接b，②连接d

解析　（1）因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线①连接a，导线②连接d；

（2）建立坐标系描点连线如答案图所示，

则R1＝

＝ Ω＝4.5 Ω；

（3）根据电阻定律可得，R＝ρ＝，故R2＝R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应①连接a，②连接d，选项B正确。

答案　（1）a　d　（2）如图所示　4.4～4.7　（3）B

1.如图5所示为“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的电路。a、b、c、d是不同的金属导体，b、c、d与a相比，分别只有一个因素不同：b与a长度不同，c与a横截面积不同，d与a材料不同，各导体两端的理想电压表的示数分别用Ua、Ub、Uc、Ud表示。下列说法错误的是（　　）

图5

A.开关闭合前，需移动滑片使滑动变阻器的阻值最大

B.研究电阻与长度的关系时，需分别测量a、b两条导体两端的电压值

C.如果Ua＜Uc，说明导体c的横截面积大于导体a的横截面积

D.如果Ua＜Ud，说明导体d材料的电阻率大于导体a材料的电阻率

答案　C

2.在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 Ω，实验室备有下列实验器材：

E.变阻器R1（0～10 Ω，0.6 A）

F.变阻器R2（0～2 000 Ω，0.1 A）

G.电池组E（电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω）

H.开关S，导线若干

（1）为减小实验误差，应选用的实验器材有　　　　（填代号）。

（2）为减小实验误差，应选用图6中　　　　（选填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图7中的实物图用线连接起来。

图6

图7

解析　（1）由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 Ω，电路中的最大电流约为I＝＝ A＝0.6 A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池和开关，导线若干。故应选用的实验器材有ADEGH。

（2）由于＞应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示。

答案　（1）ADEGH　（2）乙　实物图见解析

3.（2017·4月浙江选考）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1.00 mm，估计其长度不超过50 m（已知铜的电阻率为1.75×10－8 Ω·m）。

现有如下实验器材：①量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表；②量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表；③阻值为0～20 Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略、输出电压为3 V的电源；⑤阻值为R0＝4.30 Ω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0.50 A时，电压表示数如图8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。

甲　　　　　　　　　　　乙

图8

解析　量程为3 V，所以读数为2.50 V；由于电流表的示数从0开始增加，滑动变阻器应采用分压式接法，Q接a点，为减小误差电流表应外接，P接b点，根据Rx＋R0＝，Rx＝ρ，S＝，联立可得L＝31.4 m。

答案　2.50　接b　接a　31.4