2019年高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 實驗八 電阻的測量 測定金屬絲的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）學案.doc

《2019年高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 實驗八 電阻的測量 測定金屬絲的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）學案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 實驗八 電阻的測量 測定金屬絲的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）學案.doc（18頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

實驗八　電阻的測量　測定金屬絲的電阻率(同時練習使用螺旋測微器) 一、螺旋測微器的使用 1．構造：如圖1所示，B為固定刻度，E為可動刻度． 圖1 2．原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即旋鈕D每旋轉一周，F前進或后退0.5mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉動一小格，F前進或后退0.01mm，即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺． 圖2 3．讀數：測量值(mm)＝固定刻度數(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(估讀一位)0.01(mm)． 如圖2所示，固定刻度示數為2.0mm，半毫米刻度線未露出，而從可動刻度上讀的示數為15.0，最后的讀數為：2.0mm＋15.00.01mm＝2.150mm. 二、游標卡尺 1．構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內、外測量爪)、游標卡尺上還有一個深度尺．(如圖3所示) 圖3 2．用途：測量厚度、長度、深度、內徑、外徑． 3．原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成． 不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，其規(guī)格見下表： 刻度格數(分度) 刻度總長度 每小格與1mm的差值 精確度(可精確到) 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm 4.讀數：若用x表示從主尺上讀出的整毫米數，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標的格數，則記錄結果表示為(x＋K精確度)mm. 三、常用電表的讀數 對于電壓表和電流表的讀數問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流，然后根據表盤總的刻度數確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數即可． (1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表的讀數方法相同，此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A，看清楚指針的實際位置，讀到小數點后面兩位． (2)對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數時只要求讀到小數點后面一位，即讀到0.1V. (3)對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數時只要求讀到小數點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A. 1．實驗原理(如圖4所示) 根據電阻定律公式知道只要測出金屬絲的長度和它的直徑d，計算出橫截面積S，并用伏安法測出電阻Rx，即可計算出金屬絲的電阻率． 圖4 2．實驗器材 被測金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動變阻器(0～50Ω)，開關，導線若干，螺旋測微器，毫米刻度尺． 3．實驗步驟 (1)用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d. (2)連接好用伏安法測電阻的實驗電路． (3)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復測量三次，求出其平均值l. (4)把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置． (5)閉合開關，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，填入記錄表格內． (6)將測得的Rx、l、d值，代入公式R＝ρ和S＝中，計算出金屬絲的電阻率． 1．伏安法測電阻的電路選擇 (1)阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法． (2)臨界值計算法 Rx<時，用電流表外接法； Rx>時，用電流表內接法． (3)實驗試探法：按圖5接好電路，讓電壓表的一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數有較大的變化，而電流表的示數變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數有較大的變化，而電壓表的示數變化不大，則可采用電流表內接法． 圖5 2．注意事項 (1)先測直徑，再連電路：為了方便，測量直徑應在金屬絲連入電路之前測量． (2)電流表外接法：本實驗中被測金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法． (3)電流控制：電流不宜過大，通電時間不宜過長，以免金屬絲溫度過高，導致電阻率在實驗過程中變大． 3．誤差分析 (1)若為內接法，電流表分壓． (2)若為外接法，電壓表分流． (3)長度和直徑的測量． 命題點一　教材原型實驗 例1　某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ.步驟如下：(1)用游標為20分度的卡尺測量其長度如圖6甲，由圖可知其長度為L＝________mm； 圖6 (2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙，由圖可知其直徑D＝________mm； (3)用多用電表的電阻“10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻R，表盤的示數如圖7，則該電阻的阻值約為________Ω. 圖7 (4)該同學想用伏安法更精確地測量其電阻R，現有的器材及其代號和規(guī)格如下： 待測圓柱體電阻R 電流表A1(量程0～4mA，內阻約50Ω) 電流表A2(量程0～30mA，內阻約30Ω) 電壓表V1(量程0～3V，內阻約10kΩ) 電壓表V2(量程0～15V，內阻約25kΩ) 直流電源E(電動勢4V，內阻不計) 滑動變阻器R1(阻值范圍0～15Ω，允許通過的最大電流2.0A) 滑動變阻器R2(阻值范圍0～2kΩ，允許通過的最大電流0.5A) 開關S、導線若干 為使實驗誤差較小，要求測得多組數據進行分析，某同學設計了如圖8所示的電路，請指出3處不妥之處： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________. 圖8 答案　(1)50.15　(2)4.700　(3)120　(4)①電流表應選A2　②電流表應采用外接法?、刍瑒幼冏杵鲬捎梅謮菏浇臃? 解析　(1)游標卡尺的固定刻度讀數為50mm，游標尺上第3個刻度游標讀數為0.053mm＝0.15mm，所以最終讀數為：50mm＋0.15mm＝50.15mm； (2)螺旋測微器的固定刻度讀數為4.5mm，可動刻度讀數為0.0120.0mm＝0.200mm，所以最終讀數為： 4．5mm＋0.200mm＝4.700mm. (3)該電阻的阻值約為12.010Ω＝120Ω. (4)根據閉合電路歐姆定律可知，電路中的最大電流為Imax＝＝1000mA≈33mA，所以電流表應選A2；由于要求“測得多組數據”，所以變阻器應用分壓式接法，應選擇阻值小的變阻器R1；由于＞，所以電流表應用外接法． 1．實驗室購買了一捆標稱長度為100m的銅導線，某同學想通過實驗測定其實際長度．該同學首先測得導線橫截面積為1.0mm2，查得銅的電阻率為1.710－8Ωm，再利用圖9甲所示電路測出銅導線的電阻Rx，從而確定導線的實際長度． 圖9 可供使用的器材有： 電流表：量程0.6A，內阻約0.2Ω； 電壓表：量程3V，內阻約9kΩ； 滑動變阻器R1：最大阻值5Ω； 滑動變阻器R2：最大阻值20Ω； 定值電阻：R0＝3Ω； 電源：電動勢6V，內阻可不計； 開關、導線若干． 回答下列問題： (1)實驗中滑動變阻器應選________(填“R1”或“R2”)，閉合開關S前應將滑片移至________端(填“a”或“b”)． (2)在實物圖10中，已正確連接了部分導線，請根據圖9甲電路完成剩余部分的連接． 圖10 (3)調節(jié)滑動變阻器，當電流表的讀數為0.50A時，電壓表示數如圖9乙所示，讀數為________V. (4)導線實際長度為________m(保留兩位有效數字)． 答案　(1)R2　a (2)如圖所示 (3)2.30(2.29～2.31均正確)　(4)94(93～95均正確) 解析　(1)因控制電路是限流式接法，而測量電路總電阻在3Ω以上，為使測量電路有較大的調節(jié)范圍，滑動變阻器應選用總阻值較大的R2.為了保證開關閉合時電路的安全，應使滑動變阻器接入電路中的阻值最大，即開關閉合前滑片應置于a端． (2)實物圖連線如圖所示 (3)由于電壓表量程為0～3V，分度值為0.1V，故讀數為2.30V. (4)測量電路的總阻值R0＋Rx＝＝4.60Ω，則Rx＝1.60Ω，由R＝ρ可知，l＝＝m≈94m. 2．在“測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準．待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm. (1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖11所示，其讀數應為________mm(該值接近多次測量的平均值)． 圖11 (2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實驗所用器材為：電池組(電動勢3V，內阻約1Ω)、電流表(內阻約0.1Ω)、電壓表(內阻約3kΩ)、滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開關、導線若干． 某小組同學利用以上器材正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數據如下： 次數 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上實驗數據可知，他們測量Rx是采用圖12中的________圖(填“甲”或“乙”)． 圖12 (3)圖13是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請根據(2)所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線，并使閉合開關的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞． 　 圖13　　　　　　　　　　圖14 (4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系，如圖14所示，圖中已標出了與測量數據對應的4個坐標點．請在圖中標出第2、4、6次測量數據的坐標點，并描繪出U－I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數字)． (5)根據以上數據可以估算出金屬絲的電阻率約為________(填選項前的符號)． A．110－2Ωm B．110－3Ωm C．110－6Ωm D．110－8Ωm (6)任何實驗測量都存在誤差．本實驗所用測量儀器均已校準，下列關于誤差的說法中正確的選項是________． A．用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數引起的誤差屬于系統誤差 B．由電流表和電壓表的內阻引起的誤差屬于偶然誤差 C．若將電流表和電壓表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統誤差 D．用U－I圖象處理數據求金屬絲電阻可以減小偶然誤差 答案　(1)0.397(0.395～0.399均可)　(2)甲　(3)如圖甲　(4)如圖乙　4.5(4.3～4.7均可)　(5)C　(6)CD 　 甲　　　　　　　　　　乙　 解析　(1)螺旋測微器的讀數為：0mm＋0.01mm39.7＝0.397mm(0.395～0.399mm之間均正確)． (2)考慮到實驗測量數據中電壓表示數從0.10V開始，非常小，應考慮使用滑動變阻器分壓式接法，故采用的是圖甲的電路設計方案． (3)連圖時注意滑動變阻器的分壓式接法，注意電流表和電壓表的正負極． (4)將第2、4、6次測量數據的坐標點標出來后，畫出一條直線，舍去第6次實驗數據點，讓直線過坐標原點，計算出圖線斜率為4.5(4.3～4.7之間均正確)，即為金屬絲的阻值． (5)根據電阻定律Rx＝ρ＝ρ，代入數據計算得到電阻率ρ≈110－6Ωm，C對． (6)由于讀數引起的誤差屬于偶然誤差，A錯；電流表和電壓表的內阻引起的誤差屬于系統誤差，B錯；由于該實驗原理未考慮電表內阻造成的誤差，因此將電流表和電壓表的內阻計算在內，可以消除由于測量儀表引起的系統誤差，C對；通過U－I圖象處理數據時已經直觀地舍去了第6次實驗數據，且多次測量后畫直線的目的就是取平均值，因此用U－I圖象處理數據更好地減小了偶然誤差，D對． 命題點二　實驗拓展創(chuàng)新 電阻測量的六種方法 1．伏安法 電路圖 特點：大內小外(內接法測量值偏大，測大電阻時應用內接法測量，測小電阻時應采用外接法測量) 2．安安法 若電流表內阻已知，則可將其當做電流表、電壓表以及定值電阻來使用． (1)如圖15甲所示，當兩電流表所能測得的最大電壓接近時，如果已知的內阻R1，則可測得的內阻R2＝. (2)如圖乙所示，當兩電流表的滿偏電壓UA2?UA1時，如果已知的內阻R1，串聯一定值電阻R0后，同樣可測得的電阻R2＝. 圖15 3．伏伏法 若電壓表內阻已知，則可將其當做電流表、電壓表和定值電阻來使用． (1)如圖16甲所示，兩電壓表的滿偏電流接近時，若已知的內阻R1，則可測出的內阻R2＝R1. (2)如圖乙所示，兩電壓表的滿偏電流IV1?IV2時，若已知的內阻R1，并聯一定值電阻R0后，同樣可得的內阻R2＝. 圖16 4．等效法測電阻 如圖17所示，先讓待測電阻與一電流表串聯后接到電動勢恒定的電源上，讀出電流表示數I；然后將電阻箱與電流表串聯后接到同一電源上，調節(jié)電阻箱的阻值，使電流表的示數仍為I，則電阻箱的讀數即等于待測電阻的阻值． 圖17 5．比較法測電阻 如圖18所示，讀得電阻箱R1的阻值及、的示數I1、I2，可得Rx＝. 如果考慮電流表內阻的影響，則I1(Rx＋RA1)＝I2(R1＋RA2)． 圖18 6．半偏法測電流表內阻 電路圖如圖19所示 圖19 實驗步驟： (1)斷開S2，閉合S1，調節(jié)R0，使的示數滿偏為Ig； (2)保持R0不變，閉合S2，調節(jié)電阻箱R，使的示數為； (3)由上可得RA＝R. 例2　要測量某種合金的電阻率． (1)若合金絲長度為L，直徑為D，阻值為R，則其電阻率ρ＝________.用螺旋測微器測合金絲的直徑如圖20甲所示，讀數為________mm. (2)圖乙是測量合金絲阻值的原理圖，S2是單刀雙擲開關．根據原理圖在圖丙中將實物連線補充完整． 圖20 (3)閉合S1，當S2處于位置a時，電壓表和電流表的示數分別為U1＝1.35V，I1＝0.30A；當S2處于位置b時，電壓表和電流表的示數分別為U2＝0.92V，I2＝0.32A．根據以上測量數據判斷，當S2處于位置________(選填“a”或“b”)時，測量相對準確，測量值Rx＝________Ω.(結果保留兩位有效數字) 答案　(1)　0.650　(2)如圖所示　(3)b　2.9 解析　(1)金屬絲電阻：R＝＝ρ＝ρ，則電阻率：ρ＝； 由圖示螺旋測微器可知，其示數為： 0．5mm＋15.00.01mm＝0.650mm； (3)根據＝≈0.32，而＝≈0.07，可知，電壓表分流較大，因此必須采用電流表外接法，即S2處于位置b時，測量相對準確，根據歐姆定律，則有Rx＝Ω≈2.9Ω. 例3　(2016全國Ⅱ卷23)某同學利用圖21(a)所示電路測量量程為2.5V的電壓表的內阻(內阻為數千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值50Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流電源E(電動勢3V)，開關1個，導線若干． 圖21 實驗步驟如下： ①按電路原理圖(a)連接線路； ②將電阻箱阻值調節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖(a)中最左端所對應的位置，閉合開關S； ③調節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏； ④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數為2.00V，記下電阻箱的阻值． 回答下列問題： (1)實驗中應選擇滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)． (2)根據圖(a)所示電路將圖(b)中實物圖連線． (3)實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω，若認為調節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內阻為________Ω(結果保留到個位)． (4)如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯構成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________(填正確答案標號)． A．100μAB．250μAC．500μAD．1mA 答案　(1)R1　(2)見解析圖　(3)2520　(4)D 解析　(1)本實驗測電壓表的內阻，實驗中電壓表示數變化不大，則接入電阻箱后電路的總電阻變化不大，故需要滑動變阻器的最大阻值較小，故選R1可減小實驗誤差． (2)滑動變阻器為分壓式接法，連接實物電路如圖所示： (3)電壓表和電阻箱串聯，兩端電壓分別為2.00V和0.50V，則RV＝4R＝2520Ω. (4)電壓表的滿偏電流Ig＝＝A≈1mA，故選項D正確． 3．小明同學通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關系，已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10Ω，R隨t的升高而增大，實驗電路如圖22所示，控溫箱用以調節(jié)金屬電阻的溫度． 實驗時閉合S，先將開關K與1端閉合，調節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，…和電流表的相應示數I1，I2，….然后將開關K與2端閉合，調節(jié)電阻箱使電流表的示數再次為I1，I2，…，分別記下電阻箱相應的示數R1，R2，…. 圖22 (1)有以下兩電流表，實驗電路中應選用________． A．量程0～100mA，內阻約2Ω B．量程0～0.6A，內阻可忽略 (2)實驗過程中，要將電阻箱的阻值由9.9Ω調節(jié)至10.0Ω，需旋轉圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”，正確的操作順序是________． ①將旋鈕a由“0”旋轉至“1” ②將旋鈕b由“9”旋轉至“0” ③將旋鈕c由“9”旋轉至“0” (3)實驗記錄的t和R的數據見下表 溫度t(℃) 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 阻值R(Ω) 9.6 10.4 11.1 12.1 12.8 請根據表中數據，在圖23方格紙上作出R－t圖線． 圖23 由圖線求得R隨t的變化關系為R＝________Ω. 答案　(1)A　(2)①②③(或①③②)　(3)見解析圖 0．04t＋8.8 解析　(1)電路中電源電動勢為1.5V，金屬電阻的阻值約為10Ω，滑動變阻器電阻最大的為10Ω，電流在0.075～0.15A，則電流一般在0.1A以內調整，為使電流讀數更準確，應選用量程0～100mA的電流表． (2)調節(jié)電阻箱時按照先調大再調小的原則，旋轉各旋鈕的正確操作順序是①②③(或①③②)． (3)R－t圖象如圖所示 由R－t圖象知，R＝0.04t＋8.8Ω. 4．某同學用伏安法測量導體的電阻，現有量程為3V、內阻約為3kΩ的電壓表和量程為0.6A、內阻約為0.1Ω的電流表．采用分壓電路接線，圖24甲是實物的部分連線圖，待測電阻為圖乙中的R1，其阻值約為5Ω. 圖24 (1)測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導線①連接________(填a或b)、導線②連接________(填c或d)． (2)正確接線測得實驗數據如表，用作圖法求得R1的阻值為________Ω. U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 I/A 0.09 0.19 0.27 0.35 0.44 0.53 (3)已知圖乙中R2與R1是材料相同、厚度相等、表面為正方形的兩導體，R2的邊長是R1的，若測R2的阻值，則最優(yōu)的連線應選________(填選項)． A．①連接a，②連接c B．①連接a，②連接d C．①連接b，②連接c D．①連接b，②連接d 答案　(1)a　d　(2)見解析圖　4.6(4.4～4.7均可)　(3)B 解析　(1)因電壓表的內阻遠大于待測電阻R1的阻值，則電流表采用外接法，而滑動變阻器應采用分壓式接法，故測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導線①連接a，導線②連接d； (2)建立坐標系描點連線如圖所示，則R1＝＝Ω≈4.5Ω； (3)設R1的邊長為l，厚度為h，電阻率為ρ，根據電阻定律，得R1＝ρ＝，R2＝ρ＝＝R1，要測R2的阻值，與測量R1一樣，最優(yōu)的連線應①連接a，②連接d，選項B正確． 5．用以下器材測量待測電阻Rx的阻值 A．待測電阻Rx：阻值約為200Ω； B．電源E：電動勢為3.0V，內阻可忽略不計； C．電流表A1：量程為0～10mA，內電阻r1＝20Ω； D．電流表A2：量程為0～20mA，內電阻約為r2≈8Ω； E．定值電阻R0：阻值R0＝80Ω； F．滑動變阻器R1：最大阻值為10Ω； G．滑動變阻器R2：最大阻值為200Ω； H．單刀單擲開關S，導線若干． (1)為了測量電阻Rx，現有甲、乙、丙三位同學設計了以下的實驗電路圖(如圖25)，你認為正確的是________；(填“甲”、“乙”或“丙”) 圖25 (2)滑動變阻器應該選________；在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應置于________端；(填“a”或“b”) (3)若某次測量中電流表A1的示數為I1，電流表A2的示數為I2.則Rx的表達式為：Rx＝________. 答案　(1)乙　(2)R1　b　(3) 解析　(1)所給的三個電路圖中，乙圖可明確確定兩支路的電流值和含有電流表的支路的電阻值，由此可確定待測阻值．故乙圖正確． (2)因乙圖為滑動變阻器的分壓式接法，則應用小阻值的變阻器．故應選R1，閉合開關前要讓測量電路電壓由小變大，故滑片P應置于b端． (3)由并聯電路特點： Rx(I2－I1)＝(R0＋r1)I1得： Rx＝.