2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验八　测定金属的电阻率课件PPT

这是一份2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验八　测定金属的电阻率课件PPT，共52页。PPT课件主要包含了热点一教材原型实验，热点二实验拓展创新，热点三电表的改装，“×1”，×10，螺旋测微器，滑动变阻器甲等内容，欢迎下载使用。
题型1|仪器的选择和电路的设计例1 [2021·四川宜宾三诊]某同学想设计一个实验测量某金属棒的电阻率，提供的器材有：A．电流表A1(满偏电流Ig＝200 μA，内阻Rg＝100 Ω)B．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为0.4 Ω)C．电阻箱R0(0～99 999.9 Ω)D．滑动变阻器R(0～5 Ω，最大允许电流2 A)E．干电池组(电动势6 V，内阻约为0.05 Ω)F．一个开关和导线若干
(1)如图甲所示，用螺旋测微器测得金属棒的直径D＝________mm；如图乙所示，用20分度的游标卡尺测得金属棒的长度L＝________mm.(2)该同学找来一个多用电表，用欧姆挡“×10”粗测金属棒的电阻，发现指针偏转角度过大，他应换用________挡(填“×1”或“×100”)，换挡后欧姆调零再次测量时，指针如图丙所示，则金属棒的阻值Rx约为________Ω.
解析：(1)由图甲知，螺旋测微器的固定刻度读数为2 mm，可动刻度读数为15.0×0.01 mm＝0.150 mm，故金属棒的直径为2.150 mm；由图乙知游标卡尺的主尺读数为10.2 cm＝102 mm，游标尺零刻度线后的第6条刻度线与主尺对齐，故游标尺读数为6×0.05 mm＝0.30 mm，金属棒的长度为102.30 mm.(2)指针偏转角度过大，说明表盘指针所指刻度值过小，使指针偏转至中间刻度附近应换用小倍率挡位，即换用“×1”挡；倍率为“×1”，由图丙知金属棒的阻值约为17 Ω.
(3)为了精确地测量金属棒的电阻，从而计算出电阻率，该同学将电流表A1与阻值调为R0＝________Ω的电阻箱串联改装成量程为0～6 V的电压表，请画出测量原理图．
题型2|实验数据处理例2 [2019·江苏卷，11]某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率．实验操作如下：(1)螺旋测微器如图1所示．在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动_______(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏．(2)选择电阻丝的___________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径．
(3)图2中Rx为待测电阻丝．请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图3实物电路中的正确位置．
(4)为测量Rx，利用图2所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1–I1关系图象如图4所示．接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表。请根据表中的数据，在方格纸上作出U2–I2图象．
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝_________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率．
23.5(23.0～24.0都算对)
解析：(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点连线，如图所示．(5)结合图4中图线的斜率可知R0＋Rx＋RA＝49.0 Ω，R0＋RA＝25.5 Ω，解得Rx＝23.5 Ω.
练1　[2020·安徽蚌埠测试]有一根由a、b两段横截面积相同，材料不同的金属线串接而成的导线，总长度为1.0 m，某兴趣小组利用实验探究其电阻的规律．(1)小明用欧姆表测其电阻值，选用“×100”倍率的电阻挡测量时，发现欧姆表指针偏转过大，因此需选择______(填“×10”或“×1k”)倍率的电阻挡，并将红表笔和黑表笔________，调节旋钮使指针指到欧姆零点，再进行测量时示数如图甲所示，读数为________Ω.
解析：(1)指针偏转过大，说明所选电阻挡的倍率太大，换用更小的“×10”挡即可；进行欧姆调零过程中，需要将红、黑表笔短接；欧姆表读数为表盘示数乘以倍率，所以读数为5×10 Ω＝50 Ω.
(2)小红用伏安法描绘其伏安特性曲线，选用的器材包括：电源(电动势3 V，内阻约1 Ω)电流表(内阻约2 Ω)电压表(内阻约30 kΩ)滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)开关、导线若干为使实验尽可能准确，且电压由零开始调节，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路．
(3)小刚将导线与电源、电流表A连成图丙所示的电路，电流表和电源的内阻均可忽略．电流表的一端接在导线上的某一点，用刻度尺测得接点与导线左端的距离x，由电流表测得电流I，计算导线连入电路的电阻R，作出R­x的关系图象如图丁所示，则导线a的电阻为________Ω，导线a的电阻率________(填“大于”“等于”或“小于”)导线b的电阻率，要测量导线a的电阻率，还需要的测量仪器是________．
题后反思实物图连线的技巧(1)总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负．(2)对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可，注意电表的正、负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处．(3)对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，根据“伏安法”部分电表正、负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间．注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处．
题型1|测量电阻最常考的方法——伏安法及变形例3 [2020·河北衡水中学模拟]如图甲所示是测量阻值约为十几欧的未知电阻Rx的原理图，R是电阻箱(0～99.9 Ω)，R0是滑动变阻器，A1和A2是电流表，E是电源(电动势为12 V，内阻r＝5 Ω)．具体实验步骤如下：①连接好实验电路，闭合开关S；②调节滑动变阻器R0和电阻箱R，使A2示数为I2＝0.20 A，记下此时电阻箱阻值R和A1示数I1；③重复步骤②，且保持A2示数仍为I2＝0.20 A，测量多组R和I1值；④将实验测得的数据处理后，最后作出了如图乙所示的图象．
根据实验回答以下问题．(1)现有四只供选用的电流表：A．电流表(0～3 mA，内阻为2.0 Ω)B．电流表(0～3 mA，内阻未知)C．电流表(0～0.3 A，内阻为10 Ω)D．电流表(0～0.3 A，内阻未知)请根据实验过程判断A1应选用________，A2应选用________．(填写选项字母)(2)根据以上实验数据得出Rx＝__________Ω，电流表A1的内阻RA1＝__________Ω.(计算结果均保留2位有效数字)
 题后反思(1)若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用．(2)若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用．(3)分析一个新的图象时，要弄清楚实验的原理，在分析实验原理的基础上找出图象所表示的物理意义，这类创新实验重点考查考生对实验原理的理解能力及对知识灵活运用的能力．
题型2|测量电阻最有特色的测量方法——半偏法半偏法是一种科学巧妙的测定电表内阻的方法，常见的有半偏电流法和半偏电压法．半偏电流法是利用电流表指针半偏来测定电流表内阻的方法；半偏电压法是利用电压表指针半偏来测定电压表内阻的方法．
其实验电路图及操作步骤如下表所示：
例4 [2021·山西太原二模]有一电流表A，量程为0～1 mA，内阻rg约为100 Ω，要求测量其内阻．可选用的器材有：电阻箱R0，最大阻值为99 999.9 Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10 kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2 kΩ；电源E1，电动势约为2 V，内阻不计；电源E2，电动势约为6 V，内阻不计；开关2个，导线若干．采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：a．断开S1和S2，将R调到最大；b．合上S1，调节R使电流表A指针满偏；c．合上S2，调节R1使电流表A指针半偏，此时可以认为电流表A的内阻rg＝R1.
 请问：(1)上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择______；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择____________；电源E应该选择________．(2)认为电流表A的内阻rg＝R1，得到的结果与真实值相比________．(填“偏大”“偏小”或“相等”)
例5 [2021·武汉模拟]电学实验中经常需要测量电阻的阻值．(1)测电阻的方法有很多种，现在提供一只标有“220 V　40 W”的灯泡，它正常工作时的电阻为________ Ω.若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻值________(选填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值．(2)用下列器材设计一个实验，测量该灯泡正常工作时的电阻值．A．220 V交流电源B．单刀双掷开关一个C．电阻箱一个(0～999.9 Ω，额定电流0.5 A)D．定值电阻一个(0.5 kΩ，额定电流0.3 A)E．交流电流表一个(0～0.3 A)请画出电路原理图．
练2　[2020·河北三模]小明用如图所示的电路测量电阻Rx的阻值(约几百欧)．R是滑动变阻器，R0是电阻箱．
(1)小明通过下列步骤，较准确地测出Rx的阻值．①将滑动变阻器的滑片P调至图中的________(选填“A”或“B”)端．闭合S1，将S2拨至1，调节滑动变阻器的滑片P至某一位置，使电压表的指针满偏．②将S2拨至“2”，保持滑动变阻器的滑片P位置不变，调节电阻箱的阻值，使电压表指针再次满偏，此时电阻箱示数为R1，则Rx＝________.(2)实验中，滑动变阻器有两种规格可供选择，分别是R2(0～10 Ω)、R3(0～5 000 Ω)．为了减小实验误差，滑动变阻器应选________(选填“R2”或“R3”)．
解析：(1)①为保护电压表，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P调至图中的A端，使电压表示数为零；②将S2拨至“2”，保持滑动变阻器滑片P的位置不变，调节电阻箱的阻值，使电压表指针再次满偏，则此时Rx的阻值等于电阻箱的阻值，即Rx＝R1.(2)由于电阻Rx的阻值约几百欧，为减小实验误差，滑动变阻器应选R2.
练3　[2020·全国卷Ⅰ，22]某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω.该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间．测量得到如图(b)所示的两条U­I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数．
回答下列问题：(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在______(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的．(2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________ Ω(保留1位小数)．(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________ Ω(保留1位小数)．
练4　某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．
实验步骤如下：①按电路原理图连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值．
回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)．(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为______．A．100 μA　B．250 μAC．500 μA D．1 mA
例6 [2019·全国卷Ⅰ，23]某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．
(1)根据图(a)和题给条件，将(b)中的实物连接．
解析：(1)本实验的目的是对电流表进行扩大量程的改装，故应将定值电阻R与微安表并联．实物连线如答图所示．
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________．(填正确答案标号)A．18 mA　B．21 mAC．25 mA D．28 mA
解析：(2)当标准毫安表示数为16.0 mA时，微安表示数为0.16 mA，故当微安表指针满偏时，测量的电流值应为25 mA，选项C正确．
(3)产生上述问题的原因可能是________．(填正确答案标号)A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 ΩC．R值计算错误，接入的电阻偏小D．R值计算错误，接入的电阻偏大
解析：(3)出现上述现象的原因可能有两个：一个是并联电阻R偏小；二是微安表内阻测量值偏小．故选A、C.
(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝__________.
 题后反思(1)根据电流表改装的知识可知，需要将定值电阻与微安表并联．(2)根据标准毫安表读数和微安表读数，先计算出微安表量程扩大倍数，然后得出所改装的电表量程．(3)应用相关知识，分别分析微安表内阻测量错误和R值计算错误，得出正确选项．(4)分别对预期改装和实际改装进行分析，利用并联电路规律列方程，得出k值．
练5　[2019·全国卷Ⅲ，23]某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干．
(1)欧姆表设计将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为_________Ω；滑动变阻器选_________(填“R1”或“R2”)．
解析：(1)由题意知改装的欧姆表的中值电阻即内阻为15 kΩ，即R0＋rg＋r＋R＝15 kΩ，故R＝15 kΩ－14 kΩ－98.5 Ω－1.5 Ω＝900 Ω.由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于R2的最大阻值，故只能选用R1.
(2)刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________________、________________.
解析：(2)由闭合电路的欧姆定律有：1.5 V＝25 μA×(Ra＋15 kΩ)，1.5 V＝75 μA×(Rb＋15 kΩ)，解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ.
(3)校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为______________________Ω.
解析：(3)红、黑表笔短接，进行欧姆调零．由图得电阻箱的读数为3×10 kΩ＋5×1 kΩ＋0×100 Ω＋0×10 Ω＋0×1 Ω＋0×0.1 Ω＝35 000.0 Ω.