2018版高考物理配套文档：第七章 实验10 探究导体电阻与其影响因素 Word版含解析

这是一份2018版高考物理配套文档：第七章 实验10 探究导体电阻与其影响因素 Word版含解析，共10页。


一、螺旋测微器的使用
1．构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度．
图1
2．原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
3．读数：测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．
如图2所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
图2
二、游标卡尺
1．构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺．(如图3所示)
图3
2．用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
3．原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表：
4.读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出的与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度)mm.
1．实验原理
根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度l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．
2．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(50 Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．
3．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．
1．数据处理
电阻R的数值可用以下两种方法确定：
(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果．
(2)图象法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率求出电阻值R.
2．实验注意事项
(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法．
(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态．
(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.
(4)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化．

命题点一 教材原型实验
例1 在“探究导体电阻与其影响因素的关系”的实验中：
(1)某实验小组用如图4所示电路对镍铬合金和康铜丝进行探究，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．你认为要不要串联电流表？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a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝，则d应选下表中的 (用表中编号D、E、F表示)．
图4
(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5甲所示，则金属丝的直径d为 .
②按如图乙所示连接好电路，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数据描在图丙中所示的坐标系上．由图可求得金属丝电阻R＝ Ω，该金属丝的电阻率ρ＝ Ω·m(保留两位有效数字)．
甲
乙
丙
图5
解析 (1)①不需要串联电流表，因为串联电路电流处处相等，电压比等于电阻比；②由控制变量法可知，d应该是与镍铬合金材料不同，长度和横截面积相同的导体，即为E.
(2)①金属丝的直径为d＝1.5 mm＋0.01 mm×10.0＝1.600 mm；②连接U－I图线上的各点，得到此电阻的U－I图线如图所示．由图线求得直线的斜率，即为电阻的阻值R＝eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(0.3,0.58) Ω≈0.52 Ω；该金属丝的电阻率ρ＝eq \f(RS,L)＝eq \f(0.52×\f(1,4)π×1.6×10－32,0.8) Ω·m≈1.3×10－6 Ω·m.
答案 (1)①不需要串联电流表，串联电路电流处处相等，电压比等于电阻比 ②E
(2)①1.600 mm ②0.52 1.3×10－6
题组阶梯突破
1．(2015·海南单科·11)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6(a)和(b)所示．该工件的直径为 cm，高度为 mm.
图6
答案 1.220 6.860
解析 游标卡尺读数为d＝12 mm＋4×eq \f(1,20) mm＝12.20 mm＝1.220 cm
螺旋测微器的读数为h＝6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm
2．现要测定一段粗细均匀、电阻约为60 Ω的合金丝的电阻率，若已测得其长度，要尽量精确的测量其电阻值R，器材有：
电池组(电动势3.0 V，内阻约为 1 Ω)
电流表(量程0～100 mA，内阻约0.5 Ω)
电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)
滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)；
滑动变阻器R2(0～500 Ω，允许最大电流0.5 A)；
开关一个、导线若干．
图7
(1)以上器材中，所用的滑动变阻器应选 ．(填“R1”或“R2”)
(2)用螺旋测微器测量合金丝直径时的刻度位置如图7甲所示，读数为 mm.
(3)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应移到 ．(填“最左端”或“最右端”)
(4)为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应改进的是 ．(填选项前的字母)
A．电流表连接方式改为内接法
B．滑动变阻器连接方式改为限流式
答案 (1)R1 (2)0.703 (3)最右端 (4)A
解析 (1)为测多组实验数据，滑动变阻器需要采用分压式接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1 (2)由图示螺旋测微器可知，其示数为：0.5 mm＋20.3×0.01 mm＝0.703 mm (3)由图示电路可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于最右端；(4)eq \f(R,RA)＝eq \f(60,0.5)＝120，eq \f(RV,R)＝eq \f(3 000,60)＝50，eq \f(R,RA)＞eq \f(RV,R)，因此电流表应采用内接法，故选A.
3．在“探究导体电阻与其影响因素的关系”的实验中，有两节新的干电池、开关、若干导线和待测金属管(其阻值约为5 Ω)及下列器材：
A．电压表0～3 V，内阻约10 kΩ
B．电压表0～15 V，内阻约50 kΩ
C．电流表0～0.6 A，内阻约0.05 Ω
D．电流表0～3 A，内阻约0.01 Ω
E．滑动变阻器，0～10 Ω
F．滑动变阻器，0～100 Ω
(1)要求较准确地测出其阻值，电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 ；(填序号)
(2)实验中他的实物接线如图8所示，请指出接线中的两处明显错误．
图8
错误1： ；
错误2： .
答案 (1)A C E (2)导线连接在了滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法
解析 (1)由于两节干电池的电动势为3 V，所以电压表应选A；由于通过金属管的最大电流约为Im＝eq \f(U,Rx)＝eq \f(3,5) A＝0.6 A，所以电流表应选C.
(2)由于待测金属管阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，连线图中的两处明显错误分别是：
错误1：导线连接在了滑动变阻器的滑片上；
错误2：采用了电流表内接法．
命题点二 拓展创新实验
例2 (2016·浙江玉环中学模拟)北京市技术质量监督局曾对市场中电线电缆产品质量进行抽查，检验负责人说：“十几个不合格产品中，大部分存在导体电阻不合格问题，主要是铜材质量不合格，使用了再生铜或含杂质很多的铜；再一个就是铜材质量可能合格，但把截面积缩小，买2.5 平方毫米的线，拿到手的线可能是1.5平方毫米或1.5平方毫米多一点，载流量不够；还有一个问题是绝缘层质量不合格，用再生塑料制作电线外皮，电阻率达不到要求……”．
(1)现从一捆横截面积为1平方毫米的不合格的电线中截取一段，采用绕线法测量其横截面积，读数如图9甲所示，可得该导线的半径为 mm(保留3位有效数字)；经你判断该电线的横截面积 (填“合格”或“不合格”)．
(2)欲测量该捆电线的电阻率是否合格，经查阅，纯铜的电阻率为1.8×10－8 Ω·m.取长度为100 m(真实长度)的电线，并用伏安法测量其电阻，所用器材有：
A．电源(电动势约为5 V，内阻不计)
B．待测长度为100 m的电线一捆
C．滑动变阻器(5 Ω，2 A)
D．电压表(量程为5 V，内阻约为5 kΩ)
E．电流表(量程为0.6 A、3 A，内阻分别为0.125 Ω、0.025 Ω)
某同学设计了如图乙的电路，所选电表量程均合理，则电压表的另一端应接 (填“a”或“b”)，测得电压表读数为4.50 V，电流表读数如图丙所示，为 A．结合检验负责人的话，你认为这捆电线不合格的原因最有可能是 ．
图9
解析 (1)由图可知，10匝线圈的直径的总长度为12.5 mm，则导线的半径为eq \f(12.5,10×2) mm＝0.625 mm，则横截面积为：S＝πr2≈1.23 mm2，说明横截面积合格．
(2)因待测电线的阻值很小，故采用电流表外接法，所以电压表的另一端接a.电流表的量程选3 A，分度值为0.1 A，则读数为2.50 A．电阻R＝eq \f(U,I)＝eq \f(4.50,2.50) Ω＝1.8 Ω，ρ＝eq \f(RS,L)＝eq \f(1.8×1.23×10－6,100) Ω·m＝2.214×10－8 Ω·m，故电阻率达不到要求，另外不合格的原因可能还有绝缘层质量不合格，用再生塑料制作电线外皮等．
答案 (1)0.625 合格 (2)a 2.50 电阻率大于标准值，达不到合格要求
题组阶梯突破
4．(1)实验室进了一批金属电阻丝，某同学想通过实验测定该材料的电阻率，他设计了如图10甲所示的原理图，根据图甲将实物图乙连接好．
(2)其主要实验步骤如下：
①用螺旋测微器测金属丝的直径，测量结果如图丙所示，则金属丝的直径大小为 D＝ mm.
②适当取出一段样品材料，然后按原理图甲连接好实验器材．
③用毫米刻度尺测量出接入实验电路中的金属丝的长度，某次测量中刻度尺的示数如图丁所示，则金属丝长度为L＝ cm.
④改变接入实验电路中金属丝的长度，重复实验多次．
图10
(3)根据实验中的数据，最后得到了如图戊所示的R－L图象，R为R0与金属丝的总电阻，由图象可求得金属丝的电阻率ρ＝ Ω·m.(结果保留三位有效数字)
答案 (1)见解析图 (2)①0.252 ③60.49 (3)1.25×10－6(1.22×10－6～1.28×10－6均正确)
解析 (1)根据电路图连接实物图，如图所示：
(2)①由图示螺旋测微器可知，其示数为：D＝0.0 mm＋25.2×0.01 mm＝0.252 mm；
③由图示刻度尺可知，金属丝的长度：L＝70.49 cm－10.00 cm＝60.49 cm；
(3)由电阻定律可知：R＝ρeq \f(L,S)＝ρeq \f(L,π\f(D,2)2)＝eq \f(4ρ,πD2)L，由图示R－L图象可知：
斜率k＝eq \f(85－53,1.28) Ω/m＝25 Ω/m.
k＝eq \f(4ρ,πD2)，电阻率：ρ＝eq \f(kπD2,4)，解得：ρ≈1.25×10－6(1.22×10－6～1.28×10－6均正确)Ω·m.知识内容
必考要求
加试要求
实验10：探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系(同时练习使用螺旋测微器)
√
刻度格数
(分度)
刻度总长度
每小格与
1 mm的差值
精确度
(可精确到)
10
9 mm
0.1 mm
0.1 mm
20
19 mm
0.05 mm
0.05 mm
50
49 mm
0.02 mm
0.02 mm
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