高考物理一轮复习第8章恒定电流实验8测定金属的电阻率学案
展开
这是一份高考物理一轮复习第8章恒定电流实验8测定金属的电阻率学案,共24页。
实验八 测定金属的电阻率1.实验目的(1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(2)进一步掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。(3)学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率。2.实验原理由R=ρ得ρ=,因此,只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率ρ。测金属电阻的电路图和实物图如图甲、乙所示。甲 乙3.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。[部分器材用途]电流表、电压表伏安法测电阻螺旋测微器测量金属丝的直径,由于测量直径时带来的误差更明显一些,因此用精确度更高的器材测量毫米刻度尺测量金属丝的有效长度4.实验步骤(1)测d: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)连电路:连接好用伏安法测电阻的实验电路。(3)测l: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)调滑动变阻器最大:把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置。(5)U、I测量: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)求ρ:将测得的Rx、l、d值,代入公式R=ρ和S=中,计算出金属丝的电阻率。5.数据处理(1)在求Rx的平均值时可用两种方法①用Rx=分别算出各次的数值,再取平均值。②用UI图线的斜率求出。(2)计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式ρ=Rx=。6.误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,金属丝直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)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,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。(3)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。(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。7.注意事项(1)先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。(2)电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。(3)电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。 教材原型实验1.某实验小组利用如下器材测量某金属丝的电阻率:A.电源(3 V,内阻约为0.1 Ω)B.电流表(量程0.6 A,内阻约为0.1 Ω)C.电流表(量程3 A,内阻约为0.03 Ω)D.电压表(量程3 V,内阻约为3 kΩ)E.滑动变阻器(1 kΩ,0.3 A)F.滑动变阻器(20 Ω,2 A)G.待测金属丝、螺旋测微器、米尺、开关和导线等甲 乙(1)实验的主要步骤如下:a.截取一段金属丝,拉直并固定在两端带有接线柱的米尺上,观察其接入长度在米尺上的示数如图甲所示,则读数为________ cm;b.用螺旋测微器测出金属丝的直径,某次测量时示数如图乙所示,其读数为________ mm;c.正确连接电路,合上开关;d.改变滑动变阻器的位置,读出电压表和电流表的示数,记录如下表:次数12345U/V0.801.001.501.802.30I/A0.180.220.340.420.52e.断开开关,整理器材,结束实验操作。(2)根据以上信息,你认为该小组选用的电流表是__________,滑动变阻器是________(只填仪器前的代号);请设计较为节能且误差较小的电路,把图丙电路连接完整。丙丁(3)该小组的测量数据已标在图丁UI图上,请作图线并计算该金属丝的电阻值为________ Ω(保留两位有效数字),根据电阻定律即可得到该金属丝电阻率。[解析] (1)由题图甲所示刻度尺可知,其分度值为1 mm,故示数为50.00 cm,由题图乙所示螺旋测微器可知,固定刻度示数为0.5 mm,可动刻度示数为21.2×0.01 mm=0.212 mm,螺旋测微器的示数为0.5 mm+0.212 mm=0.712 mm。(2)电路最大电流约为0.52 A,则电流表应选B。根据变阻器能允许通过的最大电流以及为了方便实验操作,滑动变阻器应选F。由于电压的变化范围大,所以要选择分压式接法;由表格中的数据可知,待测电阻丝的电阻值约5 Ω,属于小电阻,所以电流表应选择外接法,实物电路图如图所示。(3)由(2)中UI图线的斜率表示金属丝的阻值,可得金属丝的电阻值为R≈4.4 Ω。[答案] (1)A.50.00 b.0.712 (2)B F 实验电路见解析 (3)4.4(4.2~4.6)2.在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中:(1)某实验小组用如图所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究,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:电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝,则金属丝d应为下表中的________(用表中编号D、E、F表示)。编号材料长度L/m横截面积S/mm2A镍铬合金0.300.50B镍铬合金0.500.50C镍铬合金0.301.00D镍铬合金0.501.00E康铜丝0.300.50F康铜丝0.501.00(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。甲 乙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IU数据描在如图所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R=________ Ω,该金属丝的电阻率ρ=________ Ω·m(保留两位有效数字)。[解析] (1)①串联电路的电流处处相等,串联电阻两端电压与电阻成正比,不需要测出电流,根据电阻两端电压大小即可比较电阻大小;②探究影响电阻的因素,应用控制变量法,实验已选A、B、C的金属丝,根据控制变量法的要求,应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同,因此d应选表中的E。(2)①由图示螺旋测微器可知,其示数为1.5 mm+10.0×0.01 mm=1.600 mm;②根据坐标系内的点作出图象如图所示,由图象可知,电阻值为R== Ω≈0.52 Ω,由R=ρ=ρ可得电阻率ρ=≈1.3×10-6 Ω·m。[答案] (1)①不需要,串联电路的电流处处相等,电压与电阻成正比 ②E (2)①1.600 mm ②0.52 1.3×10-6 拓展创新实验实验器材创新 (2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是________ mm。(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。电源E (电动势10 V,内阻约为10 Ω)电流表A1 (量程0~250 mA,内阻R1=5 Ω)电流表A2 (量程0~300 mA,内阻约为5 Ω)滑动变阻器R (最大阻值10 Ω,额定电流2 A)开关S及导线若干 (3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=________。从设计原理看,其测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。[解析] (1)d=20.0×0.01 mm=0.200 mm。(2)本题中测量金属丝的电阻,无电压表,故用已知内阻的电流表A1充当电压表,由于电流表A1的额定电压UA1=ImR1=1.25 V,比电源电动势小得多,故电路采用分压式接法,电路图如图所示。(3)电流表A1、A2读数分别为I1、I2时,通过Rx的电流为I=I2-I1,Rx两端电压U=I1·R1,故Rx==,不考虑读数误差,从设计原理看测量值等于真实值。[答案] (1)0.200(0.196~0.204均可) (2)见解析 (3) 相等创新点解读:本题的创新点是应用双电流表替代电压表和电流表测电阻,而且实验中能利用两电流表之差测出流过Rx的真实电流值,使实验无系统误差。 实验目的创新 (2020·上海静安模拟)国标(GB/T)规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω·m。某同学利用图甲电路测量15 ℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动。实验器材还有:电源(电动势约为3 V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3 V,内阻很大),电压表V2(量程为3 V,内阻很大),定值电阻R1(阻值为4 kΩ),定值电阻R2(阻值为2 kΩ),电阻箱R(最大阻值为9 999 Ω),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺。甲乙 丙实验步骤如下:A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d;B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R;E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R;F.断开S,整理好器材。(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙所示,则d=________ mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为:Rx=________(用R1、R2、R表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图丙所示的R关系图象。自来水的电阻率ρ=________ Ω·m(保留两位有效数字)。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。[解析] (1)根据游标卡尺的读数规则,玻璃管内径d=30 mm+0×0.05 mm=30.00 mm。(2)把S拨到1位置,记录电压表V1示数,得到通过水柱的电流I1=,由闭合电路欧姆定律得E=U+Rx;把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R,得到该支路的电流I2=,由闭合电路欧姆定律得E=U+R2,联立解得Rx=。(3)由电阻定律Rx=ρ,Rx=,联立解得R=·。R关系图象斜率k=0.4×103 Ω·m,k=,S=,代入数据解得ρ=≈14 Ω·m。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则由(2)可得Rx=,其中R′1为电压表V1的内阻与R1的并联值,因为并联值小于R1,则应用Rx=计算Rx时,测得的Rx值偏大,即自来水电阻测量值偏大,则自来水电阻率测量结果将偏大。[答案] (1)30.00 (2) (3)14 (4)偏大创新点解读:本实验由利用教材实验原理测自来水在15 ℃时的电阻率替代测量金属丝的电阻率,且数据处理时由R\f(1,L)图象替代UI图象。 数据处理创新 (2020·咸阳模拟)某同学为测量电阻丝的电阻率ρ,设计了如图甲所示的电路,电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝,保护电阻R0=4.0 Ω,电源电动势E=3.0 V,电流表内阻忽略不计,滑片P与电阻丝始终接触良好。甲 乙丙(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d=________ mm。(2)实验时闭合开关,调节滑片P的位置,分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I,实验数据如表所示。x/m0.100.200.300.400.500.60I/A0.490.430.380.330.310.28/A-12.042.332.633.033.233.57将表中数据描在x坐标纸中,如图丙所示,该图象的斜率的表达式k=_______(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率ρ=______Ω·m(保留两位有效数字)。根据图丙中x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为r=________ Ω(保留两位有效数字)。[解析] (1)螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线没有露出,可动刻度上的格数要估读一位,读数应为0.01 mm×40.0=0.400 mm。(2)由闭合电路的欧姆定律,I=,变形得=+,由电阻定律Rx=ρ,S=,代入上式得=+x,可看出与x是一次函数关系,函数图象的斜率k=;由题图丙中的数据算出图象的斜率k= A-1·m-1=3 A-1·m-1,则ρ== Ω·m≈1.1×10-6Ω·m;题图丙中x关系图线的纵截距为1.77,此时待测电阻丝电阻为零,由闭合电路欧姆定律得:E=I(r+R0),解得r≈1.3 Ω。[答案] (1)0.400 (2) 1.1×10-6 1.3创新点解读:本题创新点在于公式的变换,体现数学知识在物理中的应用,本题作出了x图线,根据闭合电路欧姆定律I=,Rx=可知,x图线的斜率k=,由此式,结合图象可求出电阻丝的电阻率ρ。 1.(实验器材创新)(2020·海南海口质检)某实验小组要测量一根金属丝的电阻率,设计如图(a)所示的实验电路。请填写空格处相关内容。图(a)图(b)图(c)(1)将P移到金属丝a位置,开启电源,合上开关S,调节电阻箱的阻值到________(填“最大”或“零”),并读出此时电流表的示数I0,断开开关S;(2)适当向b端滑动P,闭合开关S,调节电阻箱使电流表示数为________,记录电阻丝aP部分的长度L和电阻箱对应的阻值R,断开开关S;(3)重复步骤②,直到记录9组L和R值并画出RL的关系图线如图(b)所示;(4)根据RL图线,求得斜率为________Ω/m。(5)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图(c),其示数为_______ mm,可算得金属丝的电阻率为______ Ω·m。(要求(4)(5)的计算结果保留三位有效数字)[解析] (1)根据实验原理可知,开启电源,合上开关S,应调节电阻箱的阻值到零时读出电流表的示数为I0,根据闭合电路欧姆定律应有:I0=(2)适当向b端滑动P,闭合开关S,调节电阻箱使电流表示数仍为I0,则应有:I0=联立以上两式可得a、P间的电阻RaP=Rab-RPb=R;(4)根据电阻定律有:RaP=ρ,则RL图象的斜率k== Ω/m=32.0 Ω/m;(5)螺旋测微器的读数为:d=20.0×0.01 mm=0.200 mm;由上分析有:k=,S=πd2,联立得:ρ=1.00×10-6 Ω·m。[答案] (1)零 (2)I0 (4)32.0 (5)0.200 1.00×10-62.(实验目的创新)(2020·山东新高考模拟)某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率,设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值。所用器材有电流表A1、A2,电阻箱R1、滑动变阻器R2、待测铅笔芯Rx、电源E、开关S及导线等。操作步骤如下:调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大;闭合开关,适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值;记录两个电流表A1、A2的示数分别为I1、I2。甲 乙请回答以下问题:(1)若电流表的内阻可忽略,则电流表示数I2=________I1时,电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值。(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径,螺旋测微器的示数如图乙所示,该笔芯的直径为________ mm。(3)已测得该笔芯的长度L=20.00 cm,电阻箱R1的读数为5.00 Ω,根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率ρ=________ Ω·m。(结果保留3位有效数字)(4)若电流表A2的内阻不能忽略,仍利用(1)中方法,则笔芯电阻的测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。[解析] (1)若电流表的内阻可以忽略,由并联电路规律可知,电流表A2的示数I2=时,电阻箱的阻值等于待测铅笔芯的阻值。(2)根据螺旋测微器读数规则知,图乙所示的铅笔芯的直径为d=0.5 mm+0.500 mm=1.000 mm。(3)待测铅笔芯阻值Rx=5.00 Ω,铅笔芯的横截面积S=πd2=π×(1.000×10-3)2 m2=π×10-6 m2,由Rx=,解得ρ==×10-6 Ω·m=1.96×10-5 Ω·m。(4)若电流表A2的内阻不能忽略,则有R1+RA2=Rx,即电阻箱阻值R1小于待测铅笔芯阻值Rx,可知铅笔芯电阻的测量值小于真实值。[答案] (1) (2)1.000 (3)1.96×10-5 (4)小于3.(数据处理创新)利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20 Ω。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0 V,内阻约为1 Ω);电流表A1(量程0~100 mA,内阻约为5 Ω);电流表A2(量程0~0.6 A,内阻约为0.2 Ω);电阻箱R(0~999.9 Ω);开关、导线若干。甲乙 丙 实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大;D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏,重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;F.断开开关,整理好器材。(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,则d=________ mm。(2)实验中电流表应选择________(填“A1”或“A2”)。(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的RL关系图线。图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的电阻率表达式ρ=________(用给定的物理量符号和已知常数表示)。(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果______影响(填“有”或“无”)。[解析] (1)根据螺旋测微器读数规则可得d=0.5 mm+0.232 mm=0.732 mm。(2)根据题意,电路中可能出现的最大电流为I==0.14 A=140 mA,故电流表选择A1即可。(3)由闭合电路的欧姆定律可知,E=I(R+r+RA+R电阻丝)=I,联立解得R=-r-RA-·L,由已知条件可知,|k|==,解得ρ=。(4)由ρ=可知,本实验中电流表的内阻RA对电阻率的测量结果无影响。[答案] (1)0.732 (2)A1 (3) (4)无 测量电阻常用的四种方法 用“替代法”测电阻1.实验原理(如图)2.实验步骤S先与2相接,记录的示数,再与1相接,调节R值使示数与原值相等,则Rx=R。3.说明:对Ⓐ的要求,只要有刻度且不超过量程即可,与指针是否超无关,因为电流表示数不参与运算。[示例1] 电流表A1的量程为0~200 μA,内阻约为500 Ω,现要准确测量其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下:电流表A2:与A1规格相同滑动变阻器R1:阻值为0~20 Ω电阻箱R2:阻值为0~9 999 Ω保护电阻R3:阻值约为3 kΩ电源:电动势E约为1.5 V、内阻r约为2 Ω(1)如图所示,某同学想用等效法测量电流表内阻,设计了部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中,使实验可以完成。(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内阻的实验步骤。a.先将滑动变阻器R1的滑片移到使电路安全的位置,再把电阻箱R2的阻值调到________。(选填“最大”或“最小”)b.闭合开关S、S1,调节滑动变阻器R1,使两电流表接近满偏,记录电流表A2的示数I。c.保持S闭合、滑动变阻器R1的滑片位置不变,断开S1,再闭合S2,调节R2,使电流表A2的示数________,读出此时电阻箱的阻值R0,则电流表A1内阻r1=________。[解析] (1)滑动变阻器的最大阻值远小于待测电流表内阻,因此必须采用分压式接法,电路图如图所示。(2)A.实验前电阻箱R2应该调节到最大,以保证两电表安全;C.让电流表A2示数不变,可直接从电阻箱R2的读数得到电流表A1的内阻r1。[答案] (1)见解析图 (2)A.最大 c.再次为I(或仍为I) R0 用“半偏法”测电阻1.利用电流表半偏测电流表的内阻(1)实验原理(如图)(2)实验步骤①R1调至阻值最大,闭合S1,调R1的阻值使示数达到满偏值。②保持R1阻值不变,闭合S2,调节R2使示数达到满偏值一半,同时记录R2的值。③RA=R2。2.利用电压表半偏测电压表的内阻(1)实验原理(如图)(2)如图所示,测量电压表的内阻,操作步骤如下:①滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大;②闭合S1、S2,调节R0,使表示数指到满偏刻度;③断开S2,保持R0不变,调节R,使表指针指到满刻度的一半;④由上可得RV=R。[示例2] 某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(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。图(a)实验步骤如下:①按电路原理图(a)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(a)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(a)所示电路将图(b)中实物图连线。图(b)(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________(填正确答案标号)。A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA[解析] (1)本实验测电压表的内阻,实验中电压表示数变化不大,则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大,故需要滑动变阻器的最大阻值较小,故选R1可减小实验误差。(2)滑动变阻器为分压式,连接实物电路如图所示。(3)电压表和电阻箱串联,两端电压分别为2.00 V和0.50 V,则RV=4R=2 520 Ω。(4)电压表的满偏电流Ig== A≈1 mA,故选项D正确。[答案] (1)R1 (2)见解析图 (3)2 520 (4)D 用“差值法”测电阻1.电流表差值法(1)原理:如图所示,将电流表与定值电阻R0并联再与电流表串联,根据I1r1=(I2-I1)R0,求出内阻r1。(2)条件:①电流表的量程小于电流表的量程。②R0已知。(3)结果:r1=或R0=(用于r1已知,测量R0)。2.电压表差值法(1)原理:如图所示,将电压表与定值电阻R0串联再与电压表并联,根据U2=U1+R0,求出电压表的内阻。(2)条件:①电压表的量程大于电压表的量程。②R0已知。(3)结果:r1=R0或R0=r1(用于r1已知,测量R0)。[示例3] (2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0 Ω);可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;图(a) 图(b)(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2;(4)待测电阻阻值的表达式Rx=________(用R0、U1、U2表示);(5)重复步骤(3),得到如下数据: 12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=______Ω。(保留1位小数)[解析] (1)依电路图连接实物图如图。(4)由于电压表可视为理想电压表且滑动变阻器滑动端的位置不变时,通过R0和Rx电流不变,因此有=,待测电阻阻值的表达式Rx=R0。(6)将数据代入Rx=R0,求平均值得Rx=48.2 Ω。[答案] (1)见解析图 (4)R0 (6)48.2 用“电桥法”测电阻电桥法是测量电阻的一种特殊方法,其测量原理电路如图所示,实验中调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有=,=,由以上两式解得R1Rx=R2R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值。在上述的电路中:(1)当=时,UAB=0,IG=0。(2)当<时,UAB>0,IG≠0,且方向:A→B。(3)当>时,UAB<0,IG≠0,且方向B→A。[示例4] 某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA,内阻大约为2 500 Ω)的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱RZ(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。图(a)(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。图(b)(2)完成下列填空:①R1的阻值为________Ω(选填“20”或“2 000”)。②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的________端(选填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近。③将电阻箱RZ的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1。将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(选填“相等”或“不相等”)。④将电阻箱RZ和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将RZ的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为______Ω(结果保留到个位)。(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:____________________________________________________________________________________。[解析] (1)实物连线如图所示。(2)R1起分压作用,应选用最大阻值较小的滑动变阻器,即R1的电阻为20 Ω;为了保护微安表,闭合开关前,滑动变阻器R1的滑片C应移到左端,确保微安表两端电压为零;反复调节D的位置,使闭合S2前后微安表的示数不变,说明闭合后S2中没有电流通过,B、D两点电势相等;将电阻箱RZ和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将RZ的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。说明=,解得RμA=2 550 Ω。(3)要提高测量微安表内阻的精度,可调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程。[答案] (1)见解析图 (2)①20 ②左 ③相等 ④2 550 (3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程
相关学案
这是一份高考物理一轮复习第8章恒定电流实验10测定电源的电动势和内阻学案,共16页。
这是一份高考物理一轮复习第8章恒定电流实验8测定金属的电阻率学案,共24页。
这是一份人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验11测定金属丝的电阻率学案,共22页。