考点41 实验:测定金属的电阻率-备战2022年高考物理考点一遍过.doc
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1、内容要求要点解读实验八:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)螺旋测微器的读数比较简单,高考一般直接考查。对于本实验,难点在于电阻的测量,需要考生会选择仪器、选取电路图,会根据原理图连接实物图。一、螺旋测微器的使用和读数1螺旋测微器常用来测量较小物体的长度,由于读数需估读到0.001 mm,即千分之一毫米位,所以螺旋测微器也叫千分尺。2读数时要分三步:一找整数毫米,二看半毫米,三读螺旋刻度。3读数规则:测量值=固定刻度整数毫米(半毫米刻度露出,需读0.5 mm)+0.01 mm×可动刻度(估读)螺旋测微器有50个可动刻度,转一周平移0.5 mm,即可动刻度最小刻度对应mm=0.0
2、1 mm。二、测定金属的电阻率1实验原理:电阻定律,2实验器材:待测材料(规则柱形元器件或提供可塑形装置)、刻度尺(测量L)、螺旋测微器(测量并计算S)、直流电源、电流表、电压表、滑动变阻器(测量多次电阻)、开关、导线若干。3主要实验步骤:(1)测量材料器件的尺寸参数,包括横截面积和长度,需多次测量取平均值;(2)测量材料器件的电阻(根据提供器材和器件的性质选定测量方法);(3)根据电阻定律计算材料电阻率。4已知电阻率测量元器件的尺寸参数:实验目的是为了测量用刻度尺和螺旋测微器不易测量的尺寸参数,如较长导线的长度、不规则的横截面积、对螺旋测微器的测量范围仍然较小的尺寸等。(1)测量材料器件便于
3、测量的尺寸参数,计算横截面积或长度;(2)测量材料器件的电阻;(3)根据已知电阻率和电阻定律计算材料的未知尺寸参数。5误差分析:刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表读数时的偶然误差,电阻测量方法存在的系统误差等。【2019·学科网第二次高考原创押题预测新课标卷】用螺旋测微器测量金属丝直径如图1所示,则金属丝直径d=_mm,用游标卡尺测量金属小球直径如图乙所示,小球直径D=_cm。【参考答案】1.775 2.25 【详细解析】螺旋测微器的读数为d=1.5 mm+27.5×0.01 mm=1.775 mm,游标卡尺的读数为D=2.2 cm+5×0.1 mm=2.25 c
4、m。【易错警示】螺旋测微器和游标卡尺在读数时一般所读数以毫米为单位,要特别注意题目所要求的读数单位是否也为毫米;注意游标卡尺的主尺刻度单位,每小格为1 mm,每大格为1 cm,用主尺刻度加游标刻度时最好统一单位,以免计算错误。1【2018·福建省师大附中高二期中考试】现有一合金制成的圆柱体,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图(a)和图(b)所示。(1)由图(a)读得圆柱体的直径为_mm;(2)由图(b)读得圆柱体的长度为_mm。【答案】(1)1.847±0.002 (2)42.40【解析】(1)由图(a)读得圆柱体的
5、直径为:1.5 mm+0.01 mm×34.7=1.847 mm;(2)由图(b)读得圆柱体的长度为:4.2 cm+0.05 mm×8=42.40 mm。2【2018·江苏省如东高级中学期中考试】用游标卡尺测得某材料的长度如图甲所示,读数L=_cm;用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示,读数D=_mm. 甲 乙【答案】1.050 cm 1.025 mm【解析】游标卡尺读数L=1 cm+0.05 mm×10=1.050 cm;螺旋测微器读数D=1 mm×0.01 mm×2.5=1.025 mm。【2019·黑龙江学与考联盟二
6、模】导电玻璃是制造LCD的主要材料之一。为测量某型号导电玻璃的电阻率,某研究性学习小组现选取长度L=2.5 m的圆柱体导电玻璃进行实验。请完成下列填空:(1)首先用螺旋测微器测量导电玻璃的直径,示数如图1所示,则直径d=_mm;然后用欧姆表 ×100挡粗测该导电玻璃的电阻,表盘指针位置如图2所示,则该导电玻璃电阻约为Rx=_;(2)为精确测量该导电玻璃的电阻Rx在额定电压时的阻值,且要求测量时电表的读数不小于其量程的,滑动变阻器易于调节。实验小组根据下面提供的器材,设计了一个实验方案。器材规格电源E电动势4.5 V,内阻约为1 电压表V量程03 V,内阻1 k电流表A1量程02 mA
7、,内阻15 电流表A2量程00.6 A,内阻约为5 滑动变阻器R阻值范围020 ,允许通过的最大电流为1.0 A定值电阻R1阻值为985 定值电阻R2阻值为1 985 开关S一只,导线若干电流表应选用_;定值电阻应选用_。(填器材前面的代号)请在虚线框中补画出实验电路原理图,并标出所选器材对应的电学符号。(3)若实验中该小组记录下电流表读数为1.2 mA,电压表读数为2.20 V,可求得该导电玻璃电阻率=_。(保留三位有效数字)【参考答案】(1)1.705(1.7031.707都算正确) 2 000 (2)A1 R2 如图所示 (3)【详细解析】(1)根据螺旋测微器的读数规则可得到直径d=1.
8、5 mm+20.5×0.01 mm=1.705 mm。根据欧姆表的读数规则可得该导电玻璃的电阻约为Rx=20×100 =2 000 。(2)由于滑动变阻器R阻值较小,为了易于调节,所以应采用分压式接法。测量该导电玻璃的电阻Rx的阻值应采用伏安法测电阻,且要求测量时电表的读数不小于其量程的,可将电流表A1和定值电阻R2 串联后改装成电压表,图中电流表应选用A1,定值电阻应选用R2。又因为电压表V的阻值已知,故可以作为电流表来使用,因为电压表V的阻值与待测导电玻璃的阻值相差不大,故应采用外接法。电路原理图如图所示。(3)根据欧姆定律得该导电玻璃电阻,再由电阻定律,横截面积,整理
9、后得,代入相关数据解得。【解题必备】实验中常用的测量仪器中,游标卡尺的读数不需要估读,其他都需要估读。电流表和电压表根据分度值的不同估读方法也不同。若分度值最后一位数字是1,则需估读到下一位;若分度值最后一位数字是2或5,则只需估读该位。分别叫做十分之一估读、二分之一估读和五分之一估读。1利用螺旋测微器、米尺和如图所示的器材(其中电流表内阻为1 ,电压表内阻为5 k,电源电动势为6 V,滑动变阻器阻值为020 )测量一根粗细均匀的阻值约为5 的金属丝的电阻率。(1)用笔画线代替导线,将图中的器材连接成实物电路,要求导线尽量避免交叉,电流表、电压表选择合适的量程。(2)实验时,用螺旋测微器测量金
10、属丝的直径,用米尺测量金属丝的长度,电流表、电压表的读数也如图所示。由图可以读出金属丝两端的电压U=_,流过金属丝的电流强度I=_,金属丝的长度L=_,金属丝的直径d=_。 (3)该金属丝的电阻率是_(保留两位有效数字)。【答案】(1)如图所示 (2)2.20 V 0.44 A 30.50 cm 1.850 mm (3)4.4×105 ·m【解析】(1)由于金属丝电阻远小于电压表内阻,因此电流表采用外接法;由于金属丝电阻比滑动变阻器总电阻小,因此滑动变阻器采用限流式接法,为保证滑动变阻器起限流作用;电路中最大电流为,故电流表应选0.6 A量程,电压表选3 V量程。(2)电压
11、表量程是3 V,所以读数是2.20 V;电流表量程是0.6 A,所以读数是0.44 A;米尺的读数是40.50 cm10.00 cm=30.50 cm;螺旋测微器的读数是1.5 mm+0.01×35.0 mm=1.850 mm。(3)由电阻定律得。2【2019·学科网第二次高考原创押题预测新课标卷】某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(达标的污水离子浓度低,电阻率大,一般电阻率200 ·m 的工业废水即达到排放标准)。如图1所示为该组同学所用的盛水容器,其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成
12、,左、右两侧带有接线柱。容器内表面长a=40 cm,宽b=20 cm,高c=10 cm。将水样注满容器后,进行以下操作:图1 图2(1)用多用电表欧姆挡测量电阻时,红黑表笔互换了插孔,这样 _(填“会”或“不会”)影响测量结果;(2)分别用多用电表欧姆挡的“×1 k”、“×100”两挡粗测水样的电阻值时,表盘上指针如图2所示,则所测水样的电阻约为_。(3)为更精确地测量所取水样的电阻,该小组从实验室中找到如下实验器材: A电流表(量程5 mA,电阻RA=500 )B电压表(量程15 V,电阻RV约为10 k)C滑动变阻器(020 ,额定电流1 A)D电源(12 V,内阻约1
13、0 )E开关一只,导线若干请在图中完成电路连接。(4)正确连接电路后,闭合开关,测得一组U、I数据;再调节滑动变阻器,重复上述测量步骤,得出一系列数据如下表所示。由以上测量数据可以求出待测水样的电阻为_。据此可知,所测水样_排放标准(填“达到”或“没达到”)。【答案】(1)不会 (2)2 000 (3)电路图见解析 (4)2 276 没达标【解析】(1)测量电阻时,多用电表内部电源被接通,电流从多用电表内部流出,因为电阻不分正负极,所以电流流向电阻哪一端无所谓,红、黑表笔分别插在负、正插孔不会影响测量结果;(2)电阻读数时指针最好在中值电阻附近,故依据左图读数,指针示数乘以倍率,得出水样的电阻
14、约为:2000 ;(3)因为要精确测量电阻值,需要电路中电压有较大的变化范围,而滑动变阻器阻值又远小于待测电阻,所以连线时滑动变阻器要用分压接法;又因为电流表内阻已知,则采用电流表内接法,电路连接如图所示。(4)利用R=U/I计算出每次的电阻R,再求平均值,总电阻为2 776 ,又R=R总RA=2 280 ,根据电阻定律:R=,代入数据得=114 m<200m,故所测水样没达到排放标准。有一根细而均匀的管状导电原件(如图1所示),此原件长L约为3 cm,电阻较小。已知这种材料的电阻率为,因该样品的内圆直径太小,无法直接测量,为了测量其内圆直径可先测其电阻R。 图1 图2(1)某研究小组采
15、用如图2所示电路测量原件电阻R,电流表和电压表的示数分别为U、I,则R=_,此测量结果与真实值比较偏_(填大或小)。(2)用游标卡尺测得该样品的长度如图左所示,其示数L=_mm;用螺旋测微器测得该样品的外径如图右所示,其示数D=_mm。(3)用已知物理量的符号和测量的符号来表示样品的内径d=_。【参考答案】(1)U/I 小 (2)30.25 3.2043.206 (3)【详细解析】(1)由欧姆定律可知,由于电压表的分流作用,使流过R的电流小于测量值,所以测量值比真实值偏小;(2)由图示游标卡尺可知,其示数为:L=30 mm+5×0.05 mm=30.25 mm;由图示螺旋测微器可知,
16、其示数为:D=3 mm+20.5×0.01 mm=3.205 mm。(3)待测电阻阻值:,解得:1有一根细长而均匀的金属管线样品,横截面如图所示。此样品重约12 N、长约30 cm、电阻约10 。已知这种金属的电阻率为,密度为0。因管内中空部分截面积形状不规则,无法直接测量,现要设计一个实验方案,测量中空部分的截面积S0。实验室提供有如下器材:A毫米刻度尺B螺旋测微器C电流表(600 mA,1.0 )D电流表(3 A,0.1 )E电压表(3 V,6 k)F滑动变阻器(20 ,0. 5 A)G滑动变阻器(10 k,2 A)H蓄电池组(6 V,0.05 )I开关一个,导线若干(1)除待测
17、金属管线外,还应选用的器材有_(只填字母代号)。(2)在方框中画出实验电路图,并在实物图中用笔画线代替导线连接电路。(3)实验中要测量的物理量及其符号有_,计算金属管线中空部分的截面积的表达式为S0=_。【答案】(1)ABCEFHI (2)如图所示(3)横截面边长a、管线长度L、电压表示数U、电流表示数I 【解析】(1)本实验需要用刻度尺测量长度,螺旋测微器测量横截面边长a;设计电路用伏安法测电阻,要有H和I,电压表只有E,则最大电流约为,电流表应选择C;滑动变阻器应选用最大阻值小的F,采用分压接法。故用ABCEFHI;(2)待测电阻远小于电压表内阻,故电流表采用外接法。(3)根据欧姆定律和电
18、阻定律有,其中,可得。故需要测量横截面边长a、管线长度L、电压表示数U、电流表示数I。1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(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。2下图A、B、C中分别为用游标卡尺测某物体宽度d,用电压表、电流表测某一电阻上电压U和电流I的刻度示意图,请分别写出对应的读数:d=_mm,U=_V,I=_A。3在测定金属电阻率的实验中,某同学连接电路如图所示。闭合开关后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动势为E)。(1)若电流表示数为零、电压表
19、示数为E,则发生故障的是_断路。(填“待测金属丝”、“滑动变阻器”或“开关”)。(2)实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如图所示,其示数D_mm。4在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测出金属丝的长度,金属丝的电阻大约为5 ,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。(1)从图中读出金属丝的直径为_mm。(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材:A电压表03 V,内阻10 kB电压表015 V,内阻50 kC电流表00.6 A,内阻0.05 D电流表03 A,内阻0.01 E滑动变阻器,010 F滑动
20、变阻器,0100 要求较准确地测出其阻值,电压表应选_,滑动变阻器应选_。(填序号)(3)实验中某同学的实物接线如图所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误。错误1:_;错误2:_。(4)实验中某组电压表的示数如图A所示,则U=_V,电流表的示数如图B所示,则I=_A。(5)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请写出计算金属丝电阻率的表达式_。5(1)在“测定金属丝的电阻率”实验中,先用螺旋测微器测出金属丝的直径,测量示数如图甲所示,则金属丝的直径d=_mm。(2)在测定电源电动势和内阻的实验中,实验室仅提供下列实验器材:A干电池两节,每节电动势约为,内阻约几欧姆B直流电压表、
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