2024届物理一轮复习讲义实验十二 测量金属丝的电阻率含答案.doc
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1、2024届物理一轮复习讲义实验十二测量金属丝的电阻率学习目标1.掌握伏安法测电阻的实验方法,能正确连接电路和实验操作。 2.掌握实验数据的处理方法。实验原理实验操作注意事项1.由R得,因此只要测出金属丝的长度l、横截面积S和电阻R,即可求得。2.测量电阻的电路图1.测直径:用螺旋测微器在三个不同位置测量。2.连电路:按原理图连接。3.测长度:用毫米刻度尺测有效长度。4.测电压、电流:改变变阻器的阻值,测多组U、I。5.算电阻率:。1.金属丝电阻小,用电流表外接法。2.电流不宜过大,通电时间不宜太长,以免温度过高,导致电阻率测量结果偏大。数据处理1.计算Rx的两种方法。方法一:用Rx分别算出各次
2、的数值,再取平均值。图1方法二:作UI图像,利用斜率求出Rx,如图1所示。注意:采用图像法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地通过较多的点,其余各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离直线较远的点可以不予考虑。2.计算电阻率:将记录的数据l、d及Rx的值,代入电阻率计算式,得。考点一教材原型实验例1 (2023江苏南通高三期末)小明通过实验测量一种合金的电阻率。(1)如图2甲所示,用螺旋测微器测量合金丝的直径时,从调节到读数的过程中,螺旋测微器上三个部件A、B、C使用的先后顺序应该为_(填字母);测得该合金丝的直径为d_mm。(2)请根据表格中数据,在图乙
3、中用笔画线代替导线把电路连接补充完整。图2(3)小明在实验室找了两节干电池进行实验,正确连接电路后,发现调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数变化范围非常小,原因是_。(4)正确连接电路后,小明利用刻度尺测出合金丝接入电路的长度L59.99 cm,闭合开关,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数,在方格纸上作出UI图像如图3所示,发现图像是一条倾斜直线,计算该合金丝电阻R_,该合金丝电阻率_m(取3,结果均保留2位有效数字)。12345678电流I/A00.080.110.150.190.270.380.56电压U/V00.190.290.440.600.801.151.70图3答案(1)BA
4、C0.400(2)图见解析(3)电源内阻太大(4)3.0(2.83.2)6.0107(5.61076.4107)解析(1)用螺旋测微器测合金丝直径时,把待测合金丝放在测微螺杆与测砧之间,然后调节粗调旋钮B,当合金丝与测微螺杆、测砧接触时停止调节粗调旋钮,然后调节微调旋钮A,为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧固定螺钉C,然后再读数,使用的先后顺序为BAC。由图甲所示螺旋测微器可知,其分度值为0.01 mm,测得该合金丝的直径为d0 mm40.00.01 mm0.400 mm。(2)由表中数据,可知电压、电流都要从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法,且合金丝电阻较小,故电流表采用外接
5、法,则完整的实物图,如图所示。(3)根据闭合电路欧姆定律有I,调节滑动变阻器,改变R外,电压表和电流表的示数变化范围非常小,说明外电阻的影响较小,所以产生的原因是电源内阻太大。(4)根据UI图像的斜率表示电阻,则有R3.0 。根据电阻定律有R,又Sd2,联立解得,代入数据解得6.0107 m。跟踪训练1.(2023天津十二区重点学校高三联考)(1)某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中,如图4甲、乙所示,正确操作用游标卡尺测得金属丝的长度L为_cm、用螺旋测微器测得金属丝的直径d为_mm。图4(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为010 ,电流表内阻约几欧,电压表内阻约20 k,电源
6、为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E4.5 V,内阻很小。则以下电路图中_(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏_。(3)若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA2.0 ,则精确测量金属丝Rx的阻值的最佳电路应是(2)中_电路(选填电路图下方的字母)。此时测得电流为I、电压为U,那么金属丝的电阻率为_(用直接测量的字母表示)。答案(1)1.0500.530(2)A小 (3)B解析(1)游标卡尺主尺读数1 cm,游标第十个刻度与主尺对齐,则金属丝的长度为L1 cm0.05 mm101.050 cm。螺旋测微器固定刻度读数
7、为0.5 mm,可动部分读数3.1,则金属丝直径为d0.5 mm3.00.01 mm0.530 mm。(2)因电源不能在大功率下长时间运行,则本实验应采用限流接法;由图丙、丁读数可知,待测电阻的内阻约为R5 ,故采用电流表外接法误差较小,故A正确,B、C、D错误。在实验中电压表示数准确,但电流测量的是干路电流,故电流表示数偏大,则由欧姆定律知得出的结果偏小。(3)因已知电流表准确值,则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻,可以用B电路,由欧姆定律可得RARx,则待测电阻RxRA, 且Rx,S,联立可得金属丝的电阻率为。考点二创新拓展实验例2 某同学想测出学校附近一工厂排出废水的电阻率,以判断废
8、水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值为200 m)。图5为该同学所用盛水容器,其左、右两侧面为带有接线柱的金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成,容器内部长a40 cm,宽b20 cm,高c10 cm。他将水样注满容器后设计实验进行测量。图5他用实验室中的下列器材来精确测量所取水样的电阻:A.电流表(量程5 mA,电阻RA800 )B.电压表(量程15 V,电阻RV约为10.0 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(1)请用笔画线代替导线帮他在图6中完成电路连接。图6(2)正确连接电路后,这位同学闭合开关,测得一
9、组U、I数据;再调节滑动变阻器,重复上述测量得出一系列数据如下表所示,请你在图7的坐标系中作出UI图像。U/V2.04.06.88.210.011.2I/mA0.801.602.733.384.004.45图7(3)由UI图像求出待测水样的电阻为_,算出所测水样的电阻率,可以判断这一水样_(选填“达标”或“不达标”)。答案(1)见解析图甲(2)见解析图乙 (3)1 717(1 6501 750均可)不达标解析(1)由电阻定律得达标水样的电阻最小为Rx200 4 000 ,所以电流表应用内接法,由于滑动变阻器的总阻值为20 ,为了方便调节,所以滑动变阻器应用分压式接法,电路图如图甲所示。甲(2)
10、根据U、I所测的数据作出UI图像如图乙所示。乙(3)由已知条件得U(RRA)I根据UI图像得RRA 800 1 717 由电阻定律得 m85.85 m200 m,故不达标。跟踪训练2.某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率,设计了如图8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。图8请回答以下问题:(1)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铅笔
11、芯的电阻值。(2)用螺旋测微器测量该铅笔芯的直径,螺旋测微器的示数如图乙所示,该铅笔芯的直径为_mm。(3)已测得该铅笔芯的长度L20.00 cm,I1、I2满足(1)中关系时,电阻箱R1的读数为5.00 ,根据上面测量的数据可计算出铅笔芯的电阻率_ 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,则铅笔芯电阻的测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。答案(1)(2)1.000(3)1.96105(4)小于解析(1)由并联电路特点可知,当I2I1时,电阻箱的阻值与待测铅笔芯的阻值相等。(2)螺旋测微器的读数为1.000 mm。(3)由公式R可计算出铅
12、笔芯的电阻率为1.96105 m。(4)电流表A2的内阻不能忽略时,电流表A2与电阻箱的电阻之和等于待测铅笔芯的电阻,即铅笔芯电阻的测量值小于真实值。1.在“测量金属丝的电阻率”的实验中,(1)利用螺旋测微器测量合金丝的直径d时,螺旋测微器的示数如图1甲所示,则该合金丝直径的测量值d_mm。丙图1(2)如果测出合金丝的电阻为r,直径为d,长度为l,则该合金电阻率的表达式_(用上述字母及通用数学符号表示)。(3)实验时因电压表的量程不合适,而使用了量程为15 mA的电流表G和电阻箱改装而成的电压表。请按图乙所示的电路图在图丙中完成实物连线(注意:图中已经有的连线不能改动,电流表G量程用15 mA
13、)。答案(1)0.773(0.7710.774均可) (2)(3)见解析图解析(1)该合金丝直径的测量值d0.5 mm27.30.01 mm0.773 mm。(2)根据电阻定律R可得。(3)按图乙所示的电路图在图丙中完成实物连线如图所示。2.(2023山东临沂期末)某同学利用如图2甲所示的电路测量一根长直电阻丝Rx的电阻率,所用实验器材如下:电压表V(03 V,内阻约为1.5 k)滑动变阻器R(05 ,1 A)电阻箱R0(0999.99 )电源E(电动势为3 V)开关S,导线若干图2(1)在MN处先接_(选填“R0”或“Rx”),按一定的步骤操作后记下电压表的示数U,再换接_(选填“R0”或“
14、Rx”),正确操作后,使电压表的示数仍为U,即可测出Rx的阻值。(2)该同学最终测得电阻丝Rx的阻值为3.00 ,利用毫米刻度尺测得电阻丝的长度L120.00 cm,用螺旋测微器测量电阻丝的直径D,如图乙所示,则D_mm。由此求得电阻丝的电阻率_ m(计算结果保留3位有效数字)。(3)若在MN处换接器材时,不小心将滑动变阻器的滑片P向右移了一些,则电阻丝的电阻测量结果将_(选填“偏大”或“偏小”)。答案(1)RxR0(2)2.0007.85106(3)偏大解析(1)由题意,实验原理是替代法测电阻,所以在MN处先接电阻丝Rx,记下电压表示数后再换接电阻箱R0,调节R0的阻值,当电压表示数和接Rx
15、示数相等时,将此时电阻箱的阻值当作Rx的阻值。(2)螺旋测微器读数是固定刻度读数(0.5 mm的整数倍)加可动刻度读数(0.5 mm以下的小数),图中可动刻度读数为0.000 mm,而固定刻度读数明显大于1.5 mm,说明2 mm刻度恰好被可动刻度左侧边遮挡,所以乙图读数为D2 mm0.00.01 mm2.000 mm,根据电阻定律可得Rx,代入数据解得7.85106 m。(3) 滑片P向右移了一些,导致通过电阻箱的电流偏小,需要调至更大电阻才能使电压表读数和原来相同,所以使测量值偏大。3.(2023河北唐山高三一模)实验小组利用如图3甲所示电路测量某金属丝的电阻率。图3(1)使用螺旋测微器测
16、量金属丝的直径,如图乙所示,金属丝的直径为_mm。(2)关于电流表和滑动变阻器,有以下器材可供选择:A.电流表量程00.6 A,内阻RA1.0 B.电流表量程00.6 A,内阻未知C.滑动变阻器,最大阻值10 D.滑动变阻器,最大阻值50 实验中电流表应选择_,滑动变阻器应选择_(填写器材前边字母)。(3)闭合开关之前,滑动变阻器的滑片应滑到_(按照电路图填“最左端”“正中间”或“最右端”)。(4)闭合开关,调节滑动变阻器和电阻箱,使电压表有一较大读数U,记下此时电阻箱的读数R1和电流表的读数I1。(5)改变电阻箱的阻值,同时调节滑动变阻器,使电压表的读数仍为U,记下此时电阻箱的读数R2和电流
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