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.docx
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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。(2020·安徽省高二期末)在测金属电阻率实验中:(1)用刻度尺测出被测金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻R。请写出测金属丝电阻率的表达式_(用上述测量的字母表示);(2)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图所示,则它们的读数依次是_、_、_;(3)若某同学再用“伏安法”测
4、量该电阻,电阻约为10,电压表内阻约为5k,电流表内阻约为5。为了尽可能准确地测量电阻,该同学按照“伏安法”测量电阻的要求设计好电路后,测得的电阻值将_(填“大于”、“小于”或“等于”)被测电阻的实际阻值。【参考答案】 小于 【详细解析】(1)根据解得 (2)金属丝的直径:0.5mm+0.01mm×49.8=0.998mm;电流表最小刻度为0.02A,则读数:0.42A;电压表最小刻度0.1V,则读数:2.27V。(3)因为可知应该采用电流表外接电路,此时电流测量值偏大,则测得的电阻值将小于被测电阻的实际阻值。1(2020·江苏省海安高级中学高三月考)某同学测定一细金属丝的
5、电阻率,部分实验步骤如下:(1)用螺旋测微器测量该金属丝直径,螺旋测微器如图甲所示,则该金属丝的直径为_mm。(2)因找不到合适的电压表,该同学设计了如图乙所示的电路,电源电动势为E=3V,内阻不能忽略,取金属丝Rx接入电路的长度为20cm,接通电路后调整电阻箱的阻值,使电流表(内阻很小可忽略)示数为0.50A,之后不断改变Rx接入电路的长度,调整电阻箱的阻值,使电流表示数始终为0.50A,记录下电阻丝Rx接入电路的长度及对应电阻箱的阻值如下表所示:长度L(cm)102030405060电阻箱R0()4.23.52.32.21.51.0请在图丙的坐标纸中作出电阻R0随长度L变化的图象_;(3)
6、根据图象可求得:该金属丝的电阻率=_·m,电源的内阻r=_。(计算结果保留两位有效数字)(4)电流表内阻对电阻率测量结果的影响_(选填:无,偏大,偏小);电流表内阻对电源内阻r测量结果的影响_(选填:无,偏大,偏小)【答案】0.200(0.1990.201) 2.0×10-7(1.9×10-72.1×10-7) 1.2(1.11.3) 无 偏大 【解析】(1)根据螺旋测微器的读数方法,该金属丝的直径为(2)根据描点法得出对应的图像如下图所示(3)由闭合电路欧姆定律和电阻定律可得解得由数学知识可得解得又解得(4)若考虑电流表的内阻RA,则表达式为则,则图像
7、的斜率不变,即电流表内阻对电阻率测量结果无影响。图像的截距变小,则所以电流表内阻会导致对电源内阻r测量结果偏大。2(2020·北京人大附中二分校高一期末)在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx(1)请写出测金属丝电阻率的表达式:_(用上述测量的字母表示)(2)若实验中测量金属丝的长度和直径时,刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图所示,则金属丝长度的测量值为l_cm,金属丝直径的测量值为d_mm(3)如图,要用伏安法测量Rx的电阻,已知电压表内阻约几k,电流表内约l,若用图甲电路,Rx的测量值比
8、真实值_(填“偏大”或“偏小”),若Rx的阻值约为10,应采用_(填“甲”或“乙”)图的电路,误差会较小【答案】(1)d2Rx4l(2)3650(36483650) 0795(07940797) (3)偏小 甲【解析】(1)根据电阻定律可得RX=ls=l(12d)2,解得=d2Rx4l(2)螺旋测微器的读数为:d=0.5mm+29.5×0.01mm=0.795mm,金属丝的长度为:l=36.50cm(3)若用图甲,由于电压表的分流,电流的测量值比真实值大,故电阻的测量值偏小,Rx的阻值约为10,则与电流表的内阻非常接近,所以采用电流表的外接法,即采用甲图,考点:考查了“测定金属的电阻
9、率”的实验点评:做此类型的难度在于误差的分析,关键是对电流表内外接时,电表的分压分流情况理解(2020·北京高三三模)测量电阻丝的电阻率r,电阻丝的电阻约为20先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,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除电池组E(电动势为3.0V,内阻约1)、电阻箱R(0999.9W)、开关、导线若干,可供选择的器材还有:电流表A1(量程0100mA,内阻约5W);电流表A2(量程00.6A,内阻约0.2)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
10、置分别测量电阻丝的直径;B根据所提供的实验器材,设计并连接好如图甲所示的实验电路;C调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关;D将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E断开开关,改变_的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏重复多次,记录每一次的R和L数据F断开开关如图乙,用螺旋测微器测量电阻丝直径为d =_mm;电流表应选择_(选填“A1”或“A2”);用记录的多组R和L的数据,绘出了如图丙所示图线,截距分别为R0和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 r =_(用给定的字母
11、表示)电流表存在一定内阻,这对该实验的测量结果_影响(选填“有”、“无”)【参考答案】金属夹与电阻丝接触点 0.7280.732 A1 无 【详细解析】 (1)断开开关,改变金属夹与电阻丝接触点_的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏;(2) 螺旋测微器的读数为:;(3)流过电阻丝的最大电流约为,为了减小电流表读数误差,所以电流表应选A1;(4)根据题意可知,则:,由图象可知,斜率为,而,联立解得:;(5)由(4)分析可知,电流表的内阻对实验结果无影响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
12、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
13、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
14、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,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
15、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10 )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
16、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
17、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
18、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,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
19、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
20、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(2020·甘肃省兰州一中高三二模)某同学为了测量一段电阻丝AB的电阻率做了以下实验(1)首先利用螺旋测微器测量电阻丝的直径d转动旋钮使测微螺杆与测砧接触时,示数如图1所示,将电阻丝置于测微螺杆与测砧间正确测量时,示数如图2所示,则电阻丝的直径d=_mm(2)该同学设计了如图3所示的电路已知滑片P与电阻丝接触良好,其它
21、连接导线电阻不计现有以下器材:A待测电阻丝AB B电源(已知电动势为E,内阻不计) C电流表AD阻值为R的定值电阻 E.毫米刻度尺 F.开关S,导线若干连接好电路,闭合开关S,调节滑片P的位置,测出电阻丝AP的长度x和电流表的读数/;改变P的位置,共测得多组x与的值根据测出的的值,计算出的值,并根据这些数据点作出-x图像如图4所示由x图像可得电阻丝电阻率=_并可测得电流表A的内阻RA=_(均用题给符号表示)2(2020·天津高三期末)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)螺旋测微器如题1图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
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