高中物理微专题-实验十 测定金属的电阻率训练

这是一份高中物理微专题-实验十 测定金属的电阻率训练，共16页。试卷主要包含了实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，数据处理，误差分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
近三年真题考察分布
实验讲解
一、实验目的
1.掌握控制电路的连接方法及电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。
2.掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。
3.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。
二、实验原理
由电阻定律R=ρ，得ρ=R，可知需要测出金属丝的长度l和它的直径d，并计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属的电阻率。用伏安法测金属丝的电阻的实验电路如图甲、乙所示。
三、实验器材
被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。
四、实验步骤
1.直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S=。
2.电路连接：按实验原理电路图甲或乙连接好电路。
3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。
4.U、I测量：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，电路经检查确认无误后，闭合开关S，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，记入表格内，断开开关S。
5.拆除实验电路，整理好实验器材。
五、数据处理
1.在求Rx的平均值时可用两种方法
（1）用Rx=分别算出各次的阻值，再取平均值。
（2）用U-I图线的斜率求出阻值。
2.计算电阻率
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。
六、误差分析
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，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。
七、注意事项
1.本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。
2.测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。
3.测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。
4.采用图甲所示电路时，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片置于最左端；若采用图乙所示电路，闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片置于最右端。
5.在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I不宜过大（电流表用0～0.6 A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
直击考点
考点一 游标卡尺和螺旋测微器的读书
1．写出如图所示的游标卡尺和螺旋测微器的读数。游标卡尺的读数 cm；螺旋测微器的读数 mm。
2．螺旋测微器为精密仪器，用螺旋测微器测量合金丝的直径时，为防止螺旋测微器损伤，当测砧和测量螺杆快接触合金丝应改为旋转下图所示的部件 （选填“A”、“B”、“C”或“D”），你将会听到“咔咔”响声，表示已经夹紧，为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前还应先旋紧下图所示的部件 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）．从图中的示数可读出合金丝的直径为 mm。
考点二 探究影响电阻的因素
3．在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中：
(1)某实验小组用如图甲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。你认为需不需要串联电流表？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)。
(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乙所示，则金属丝的直径d为 mm；
②按图丙所示连接好电路，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数据描在如图丁所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R＝ Ω，该金属丝的电阻率ρ＝ Ω·m(结果保留2位有效数字)。
考点三 测量金属丝的电阻率
4．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。
（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R-L的关系图线如图（b）所示；
（4）根据R-L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）
5．某同学利用如图所示电路测量两未知电阻阻值，两未知电阻的阻值比较接近，其操作过程如下：
(1)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据电路图完成剩余部分的连接 ；
(2)闭合电键S1前，将滑动变阻器的滑片拨到 端(填“A”或“B")；
(3)断开S2，闭合S1，调节滑动变阻器到合适位置，两表读数分别为U、I1，可知待测电Rx1=
(4)闭合S2，调节滑动变阻器使电压表读数仍为U，此时电流表的读数为I2，可得待测电阻Rx2= ；
(5)考虑到电压表的内阻影响，Rx1的测量值 真实值，Rx2的测量值 真实值(填“大于”、“等于”或“小于”)。
6．用伏安法测电阻，不论是电流表内接法，还是电流表外接法，都有系统误差。
（1）如图（a）所示，如果电压表和电流表的读数分别为UV和IA，待测电阻的测量值 真实值（填“大于”、“等于”或“小于”）；如果已知电压表的内阻为RV，则待测电阻的阻值Rx= ；
（2）由于电压表的内阻未知，小明设计了如图（b）所示的电路测量待测电阻，具体步骤如下：
①闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电流计的读数为零；
②记录电压表的读数U和电流表的读数I；
③待测电阻的阻值Rx= ；
（3）小华设计了图（c）所示的电路测量待测电阻，具体步骤如下：
①断开开关S1，闭合S2，调节滑动变阻器R1、R2，使电流表A1的读数恰好为电流表A2的读数的一半；
②闭合S1，并保持滑动变阻器R2的滑动触头位置不变，记录电压表的读数U'和电流表A1的读数I'；
③待测电阻的阻值Rx= 。
考点四 电阻定律的应用
7．某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图所示的电路测量该铅笔芯的电阻值。所用器材有电流表、，电阻箱、滑动变阻器、待测铅笔芯、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、的示数分别为、，请回答以下问题：
（1）若电流的内阻可忽略。则电流表示数 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所示，该笔芯的直径为 mm。
（3）已测得该笔芯的长度，电阻箱的读数为，根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率 。（结果保留3位有效数字）
（4）若电流表的内阻不能忽略，仍利用（l）中方法，则笔芯电阻的测量值 真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
8．国标（GB／T）规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·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4 kΩ）；
定值电阻R2（阻值2 kΩ）；电阻箱R（最大阻值9 999 Ω）；
单刀双掷开关S；导线若干；游标卡尺；刻度尺。
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，则d＝ mm；
（2）玻璃管内水柱的电阻值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关系图象。则自来水的电阻率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 （填“偏大”“不变”或“偏小”）。
9．有一根细长而均匀的金属管线，横截面如图1所示，外边界为圆形，因管内中空部分截面形状不规则，无法直接测量。已知这种金属的电阻率为，现设计一个实验方案，则测量中空部分的横截面积。步骤如下：
（1）用刻度尺测出该金属管线的长度为L，用游标卡尺测出外截面的直径D如图2所示，则 cm；
（2）利用如图3所示电路研究一定长度该金属管线的电阻，将拨向1，接通，调节，使电流表指针偏转到适当位置，记下此时的读数I；然后将拨向2，保持阻值不变，调节，使电流表的读数为 ，记下此时的读数为，则金属管线的电阻值为 ；
（3）用上述测量的物理量符号，则金属管线内部中空部分横截面积为 （用、、D、L表示）。
年份
试卷
分值
难度
2021
北京卷
10分
★☆☆
2020
无
2019
天津卷
6分
★☆☆
江苏卷
10分
★★☆
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
参考答案：
1． 1.055 2.615##2.614##2.613
【详解】[1]游标卡尺读数为
[2]螺旋测微器读数为
2． D B 3.700
【详解】[1]当测砧和测量螺杆快接触合金丝时，应改为旋转微调旋钮，即D部件；
[2]为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前还应先旋紧止动旋钮，即B部件；
[3]螺旋测微仪可以读到毫米千分位，合金丝的直径为
3． 不需要，理由见解析 E 1.600 0.52 1.3×10－6
【详解】(1)①[1]在串联电路中电流处处相等，串联电阻两端的电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小．
②[2]探究影响电阻大小的因素，应采用控制变量法，实验已选编号为A、B、C的金属丝，根据控制变量法的要求，应控制金属丝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[3]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[4]根据坐标系内的点作出U－I图线如图所示
由图可知，金属丝的电阻为
[5]由电阻定律
可得，电阻率
ρ＝＝Ω·m≈1.3×10－6 Ω·m
4． 零 I0 31.1 0.200 9.77×10-7
【详解】（1）[1]据实验原理知，开始时，电阻箱的有效电阻为零，即调到零。
（2）[2]适当向端滑动，闭合开关，调节电阻箱使电流表示数仍为。
（3）[3]根据电阻定律有
则图像的斜率
（4）[4]螺旋测微器的读数为
（5）[5]由上分析有
联立得
5． A 小于 等于
【详解】(1)[1]按电路图连接实物图如图
(2)[2]为了保护用电器，闭合电键S1前，将滑动变阻器的滑片拨到A端；
(3)[3]由电路图可知，电压表测量的是Rx1的电压，电流表测量的是Rx1电流，所以
(4)[4]闭合S2，调节滑动变阻器使电压表读数仍为U，此时Rx1的电流为，所以
(5)[5]测Rx1时，由于电压表的分流，使流过Rx1的电流小于电流表的示数，所以测量值小于真实值；
[6]由于电压表测量的是Rx2两端的真实值，为流过Rx2的真实电流，所以测量值与真实值相等。
6． 小于
【详解】（1）[1]图（a）所示电路电流表外接，Rx两端电压等于电压表示数，而由于电压表分流，使通过Rx的电流小于电流表示数，所以待测电阻的测量值小于真实值。
[2]待测电阻的阻值为
（2）[3]由于电流计的示数为零，即a、b两点间电势差为零，所以此时通过Rx的电流等于I，且Rx两端电压等于U，则
（3）[4]由步骤②可知，R2接入电路的阻值已经调为和Rx相等，再由步骤③可知，此时通过Rx的电流等于I'，且Rx两端电压等于U'，则
7． ##0.5 1.000 小于
【详解】（1）[1]若电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值，则两条支路的电流相等，所以
（2）[2]主尺上的刻度为0.5mm，副尺上的刻度为50格，所以读数为
（3）[3]铅笔芯的横截面积
代入电阻定律得
代入数据得
（4）[4]若电流表的内阻不能忽略，则笔芯电阻的测量值为，真实值为，则笔芯电阻的测量值小于真实值。
8． 30.00 14 偏大
【详解】（1）[1]游标卡尺的主尺读数为：3.0cm=30mm，游标尺上0刻度和主尺上刻度对齐，所以最终读数为：30.00mm，所以玻璃管内径：
d=30.00mm
（2）[2]设把S拨到1位置时，电压表V1示数为U，则电路电流为：
总电压：
当把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示数相同也为U，则此时电路中的电流为
总电压
由于两次总电压等于电源电压E，可得：
解得：
（3）[3]从图丙中可知，R=2×103Ω时，，此时玻璃管内水柱的电阻：
水柱横截面积：
由电阻定律得：
（4）[4]若电压表V1内阻不是很大，则把S拨到1位置时，此时电路中实际电流大于，根据可知测量的Rx将偏大，因此自来水电阻率测量结果将偏大。
9． 0.825 I
【详解】（1）[1]游标卡尺读数是主尺读数（mm的整数倍）加上游标尺的读数（mm的小数位），由图可读出为
（2）[2]该实验测电阻的原理为等效替代法，因此电流表的读数应不变，仍然调为I；
[3]金属管线的电阻值与记下此时的读数相等为。
（3）[4]设外截面的横截面积为S，则有
解得