【创新设计】2014届高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第3讲实验五 探究决定导线电阻的因素（含解析） 新人教版.doc

第3讲实验五探究决定导线电阻的因素一、螺旋测微器1构造：如图731所示是常用的螺旋测微器它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上图7312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.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺3读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出测量值(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)温馨提示螺旋测微器需要估读图732最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位例如如图732所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.0×0.01 mm2.150 mm.二、游标卡尺1构造：如图733所示，主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉图7332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，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm4.读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK×精确度)mm.温馨提示游标卡尺的读数应注意以下几点：(1)看清精确度例如图734所示图734易错读成114×0.1 mm11.40 mm正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零例如图735所示图735易错读成1012×0.05 mm10.6 mm，正确的应为10.60 mm.(2)区分零刻度与标尺最前端例如图736所示图736易错读成1310×0.05 mm13.50 mm正确读数为1410×0.05 mm14.50 mm三、常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(2)对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.(3) 对于0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.四、伏安法测电阻电流表、电压表的应用电流表内接法电流表外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx测量值大于真实值R测Rx测量值小于真实值适用条件RARxRVRx口诀大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)伏安法测电阻的电路选择1阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法2临界值计算法：>时，用电流表外接法>时，用电流表内接法图7373实验试探法：按图737接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法五、探究决定导线电阻的因素注意事项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误差分析热点一考查读数问题【典例1】 (1)如图738所示的两把游标卡尺，它们的游标尺自左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分，它们的读数依次为_mm，_mm.(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图739所示，则a、b金属丝的直径分别为_mm，_ mm.图738图739图7310(3)图7310甲用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，表针的示数是_A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数为_A.图7310乙使用较小量程时，每小格表示_V，图中指针的示数为_V若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_ V，图中表针指示的是_V.图7311(4)旋钮式电阻箱如图7311所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_.今欲将接入电路的电阻改为208 7 ，最简单的操作方法是_若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_解析(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm0.7 mm，最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm.上面右图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm0.85 mm，最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm.(2)对图a：固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.0×0.01 mm2.150 mm.对图b：b金属丝的直径为4.8×0.01 mm0.048 mm.(3)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，指针的示数为0.44 A；当换用3 A量程时，每一小格为0.1 A，指针示数为2.20 A.电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，指针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，指针示数为8.5 V.(4)电阻为1 987 .最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是999 9，用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2×9 999 19 998 .故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为019 998 .答案(1)17.723.85(2)2.1500.048(3)0.020440.12.200.11.700.58.5(4)1 987将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0019 998 【变式跟踪1】 完成下列读数(1)电流表量程一般有两种00.6 A，03 A；电压表量程一般有两种03 V，015 V如图7312所示：图7312接03 V量程时读数为_ V.接015 V量程时读数为_ V.接03 A量程时读数为_ A.接00.6 A量程时读数为_ A.(2)a_ mmb_ mmc_ mmd_ mme_mm.答案(1)1.889.40.820.16(2)a.0.484b0.532c4.078d5.666e11.14热点二伏安法测电阻(或电阻率)【典例2】 (2012·北京卷，21)在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图7313所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)图7313(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )，电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图7314中的_图(选填“甲”或“乙”)图7314(3)图7315是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图，补充完成图7315中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏图7315(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图7316所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图7316中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U­I图线，由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字)图7316(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号)A1×102 ·m B1×103 ·mC1×106 ·m D1×108 ·m(6)任何实验测量都存在误差本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项)A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用U­I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差解析(1)螺旋测微器的读数为0 mm39.8×0.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 .由题知RxRV，故电流表外接若滑动变阻器接为限流的形式，则Rx两端的电压最小值Umin V0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压的形式(3)如图甲所示图甲(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示图乙图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.4 .(5)根据R得金属丝的电阻率 ·m1.09×106 ·m，故选项C正确，选项A、B、D错误(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误、选项C正确；利用U­I图象处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确答案(1)0.398(0.3950.399均正确)(2)甲(3)如解析图甲所示(4)如解析图乙所示4.4(4.34.7均正确)(5)C(6)CD1仪器选择的基本思路(1)优先考虑安全因素：各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)(2)考虑读数误差因素：一般要求各电表的实际读数不小于其量程的，以减小读数误差(3)仪器选择的一般步骤：首先选择唯一性的器材；粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材2控制电路的选择(1)滑动变阻器两种接法的对比方式内容限流接法分压接法两种接法电路图负载R上电压调节范围UE0UE负载R上电流调节范围I0I闭合S前触头位置b端a端(2)分压和限流电路的选择原则在下列情况下应选用分压式接法：待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的最大阻值题中要求待测电阻上电压变化范围大，且要求从零开始连续调节若选用限流式接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流【变式跟踪2】 某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率，实验要求必须精确测出该段材料的阻值除了导线和开关外，实验室还备有以下器材可供选用：电流表A1，量程1 A，内阻r1约0.5 电流表A2，量程30 mA，内阻r2约200 电压表V1，量程6 V，内阻RV1等于20 k电压表V2，量程10 V，内阻RV2约30 k滑动变阻器R1，020 ，额定电流2 A滑动变阻器R2，02 000 ，额定电流1 mA电源E(电动势为12 V，内阻r约2 )(1)请选择合适的器材，设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中，其中滑动变阻器应选_(2)若选用其中一组电表的数据，设该段圆柱形材料的长为L，直径为d，由以上实验得出这种材料电阻率的表达式为_，式中符号的含义为_解析(1)由于V1的阻值已知，可当电流表使用，故可以采用将待测材料与V1串联再与V2并联，由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法，为调节方便选用小阻值的R1，电路图如图所示(2)由电路图知，Rx，IV1，又Rx，联立得，式中U1表示电压表V1的示数，U2表示电压表V2的示数答案(1)电路图见解析图R1(2)U1表示电压表V1的示数，U2表示电压表V2的示数热点三“替代法”测电阻【典例3】 (2011·课标全国卷，22)图7317为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如图7317所示的电路图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池完成下列实验步骤中的填空：(1)将S拨向接点1，接通S1，调节_，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时_的读数I；(2)然后将S拨向接点2，调节_，使_，记下此时RN的读数；(3)多次重复上述过程，计算RN读数的_，此即为待测微安表头内阻的测量值解析本题为用替代法测未知电流表的内阻，其实验步骤为：(1)将S拨向接点1，接通S1，调节R0，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时标准电流表(或A0)的读数I；(2)然后将S拨向接点2，调节RN，使标准电流表(或A0)的读数仍为I，记下此时RN的读数；(3)多次重复上述过程，计算RN读数的平均值，此即为待测微安表头内阻的测量值答案(1)R0标准电流表(或A0)(2)RN标准电流表(或A0)的读数仍为I(3)平均值【变式跟踪3】 科学实验是人们认识自然的重要手段电学实验中经常需要测量某负载的电阻(1)测电阻的方法有多种，现在有一只标有“220 V，100 W”的灯泡，它正常工作时的电阻为_ .若用多用电表的欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻应_灯泡正常工作时的电阻(填“大于”、“等于”或“小于”)这是因为_(2)请你用下列器材设计一个实验，测定灯泡正常工作时的电阻A220 V交流电源B单刀双掷开关一个C电阻箱一个(0999 ，额定电流1 A)D交流电流表一个(00.6 A)E导线若干请画出电路原理图解析(1)根据灯泡的铭牌“220 V，100 W”得灯泡电阻R 484 ，因灯泡电阻随温度变化而变化，温度越高，电阻越大，用多用电表在常温下测量电阻，测出的灯泡电阻一定比灯泡正常工作时的电阻小(2)当灯泡正常发光时，其额定电流为I A A，首先让灯泡与电流表串联，灯泡正常发光后，记下电流表指针的位置；然后让电阻箱与电流表串联，调节电阻箱的阻值，直到电流表的读数与上次标记的位置相同，此时电阻箱所显示的阻值就是灯泡正常工作时的阻值，电路原理图如图所示答案(1)484小于灯泡电阻随温度变化而变化，温度越高电阻越大(2)见解析电表内阻的测量【典例4】 某同学要测电压表的内阻RV，测量的电路如图7318a所示，供选择的器材如下：图7318待测电压表(03 V，内阻约3 k)；电压表(06 V，内阻约6 k)；定值电阻R13 k；定值电阻R230 ；滑动变阻器R3(01 k，1 A)；滑动变阻器R4(010 ，2 A)；电源3.0 V，内阻不计；开关一个，导线若干根据上述条件，请你完成下面的实验(1)定值电阻应选_；滑动变阻器应选_(2)根据电路图a，在图b中用实线把实物连成电路；图7319(3)实验过程中的测量步骤为：移动滑动变阻器触头到某一位置，记录、的读数U1、U2；不断改变滑动变阻器触头的位置，得到一组U1、U2的值，分别以U1、U2为坐标轴建立坐标系，作出相应图线(如图7319所示)，测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻，写出待测电压表内阻的表达式为RV_解析(1)定值电阻应选R1，滑动变阻器应选R4，若选用大电阻的滑动变阻器，就会出现在移动滑动触头的时候，刚开始电压表上的电压几乎不变，到了某个位置后又突然增大的现象，不易操作(2)根据电路图a，在图b中用实线把实物连成电路，如答案图所示(3)待测电压表内阻的表达式为RV.答案(1)R1R4(2)如图所示(3)预测高考命题视角通过对近几年的高考实验试题的研究发现，高考电学实验试题有三个显著的特点：第一，基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析；第二，重视电学的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；第三，基本仪器的使用是考查的热点，实验的器材选择、实际操作是考查的重点，设计型实验是考查的难点，实验的基本原理和思想方法是考查的核心视角1基本仪器的使用及读数(如螺旋测微器、游标卡尺、电压表、电流表及多用电表的读数)视角2实验仪器的选择、测量电路、控制电路的选择视角3完善基本操作过程视角4根据题目给出的实验器材，对实验原理改进，设计新的实验方案1.(2012·课标全国卷，22)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度该螺旋测微器校零时的示数如图7320(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示图(a)所示读数为_mm，图(b)所示读数为_mm，所测金属板的厚度为_mm.图7320解析依据螺旋测微器读数的基本原理，0.5毫米以上的值在主尺上读出，而在螺旋尺上要估读到千分之一毫米，则图(a)读数为0.010 mm，图(b)读数为6.870 mm，故金属板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm.答案0.010(0.009或0.011也对)6.870(6.869或6.871也对)6.860(6.8586.862)2如图7321所示为某次实验中两电表的示数情况，则：图7321电流表A的示数为_ A，电压表V的示数为_ V.解析电流表选择03 A的量程，刻度盘中有三个大格，则每一大格为1 A，每一大格又分为10小格，则每一小格表示0.1 A，故指针所指的示数为1.50 A电压表选择015 V的量程，刻度盘中有三个大格，则第一大格为5 V，每一大格又分为10小格，则每一小格表示0.5 V，故指针所指的示数为7.5 V.答案1.507.53(2012·山东卷，21(2)在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4 ，额定电流约0.5 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 k)电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程3 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电动势3 V，内阻不计)；E2(电动势12 V，内阻不计)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；图7322螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图7322所示，读数为_mm.(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框内完成电路原理图解析(1)螺旋测微器的读数为1.5 mm27.3×0.01 mm1.773 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测电阻丝的额定电流为0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可电路原理图如图所示答案(1)1.773(1.7711.775均正确)(2)A1E1电路图如解析图4(2012·广东卷，34(1)某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图7323(a)和(b)所示，长度为_cm，直径为_mm.图7323(2)按图7323(c)连接电路后，实验操作如下(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最_处(填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.(b)将电阻箱R2的阻值调至最_(填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 .(3)由此可知，圆柱体的电阻为_.解析(1)长度l5.0 cm1× mm5.01 cm；直径d5 mm31.5×mm5.315 mm.(2)(a)为保护电路使电路中电流不会超出电流表量程，应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处(b)为使电路中电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大(3)将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示由闭合电路欧姆定律知I，当I相同均为I0时，R2R圆柱体，所以R圆柱体1 280 .答案(1)5.015.315(2)大大(3)1 2805(2013·苏州质检)某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值，给定器材及规格为：电流表A(量程为05 mA，内阻约为10 )；电压表V(量程为03 V，内阻约为3 k)；最大阻值约为100 的滑动变阻器；电源E(电动势约3 V)；开关S、导线若干(1)由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图7324甲所示电路试测，读得电压表示数大约为2.5 V，电流表示数大约为5 mA，则未知电阻的阻值Rx大约为_ .(2)经分析，该电路测量误差较大，需改进请直接在图7324甲上改画：在不需要的连线上画“×”表示，补画上需要添加的连线(3)对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图7324乙所示的UI图象，得Rx_ .(保留三位有效数字)图7324解析本题考查伏安法测电阻及电流表外接法和内接法的选择(1)根据用图甲测量的数据和欧姆定律可得：Rx 500 .(2)待测电阻Rx约为500 ，而电压表的内阻约为3 k，是待测电阻的6倍左右，电流表的内阻约为10 ，待测电阻是电流表内阻的50倍左右，所以用电流表外接法电压表的分流作用比较大，应改为电流表内接法(3)待测电阻Rx的大小就等于图乙中图线的斜率，即Rx 500 .答案(1)500(2)如图所示(3)5006某课题小组通过实验测量河水的电阻率现备有一根均匀的长玻璃管(两端各有一个可移动圆形电极，可装入样品水，接触电阻不计)、直尺、待测的水样品电路器材如表一，他们用伏安法多次测量的数据如表二(为实验处理的方便，实验时每次都把电流表示数调到相同)；实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图7325甲所示表一器材编号器材名称规格1电流表200 A，内阻约10 2电压表12 V，内阻约100 k3电池组12 V，内阻不计4滑动变阻器10 1 A5开关6导线若干7定值电阻100 表二序号水柱长度/cm电压表示数/V电流表示数/A110210022041003306100440810055010100(1)玻离管内径d的测量值为_ cm.(2)根据表一器材和表二数据确定测量电路中电流表应该_(填“内接”或“外接”)，电路的连接方式应该采用_(填“分压电路”或“限流电路”)(3)用计算出的水柱长度L与水柱电阻R在图7325乙中描点，画出RL图象(要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值)图7325(4)计算出所测水的电阻率为_ ·m.解析(1)由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为2.26 cm；(2)电流表内阻远小于电压表内阻，故电流表采用内接法，待测电阻很大，滑动变阻器阻值较小，为操作方便，应该采用分压电路；(3)由表二中数据可以计算出不同长度水柱的电阻，R1 20 k、R240 k、R360 k、R480 k、R5100 k，在坐标系中描点得到RL图线如图所示；(4)取L30 cm时，R360 k，d2.26 cm，由电阻定律R得：，代入数据解得：80.2 ·m.答案(1)2.26(2)内接分压电路(3)如解析图所示(4)80.221