（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第七章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)六 決定導(dǎo)線電阻的因素講義（含解析）.docx

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實(shí)驗(yàn)六　決定導(dǎo)線電阻的因素 1．實(shí)驗(yàn)原理(如圖1所示) 由R＝ρ得ρ＝，因此，只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ. 圖1 2．實(shí)驗(yàn)器材 待測(cè)金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動(dòng)變阻器(0～50Ω)，開關(guān)，導(dǎo)線若干，螺旋測(cè)微器，毫米刻度尺． 3．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用螺旋測(cè)微器在待測(cè)金屬絲上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值d. (2)連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路． (3)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的待測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量三次，求出其平均值l. (4)把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置． (5)閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入記錄表格內(nèi)． (6)將測(cè)得的Rx、l、d值，代入Rx＝ρ和S＝中，計(jì)算出金屬絲的電阻率． 4．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法 ①用Rx＝分別算出各次的數(shù)值，再取平均值． ②用U－I圖線的斜率求出． (2)計(jì)算電阻率 將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算公式：ρ＝Rx＝. 5．誤差分析 (1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一． (2)采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏?。? (3)金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來偶然誤差． (4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差． 6．注意事項(xiàng) (1)本實(shí)驗(yàn)中待測(cè)金屬絲的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法． (2)實(shí)驗(yàn)連線時(shí)，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關(guān)、電流表、待測(cè)金屬絲、滑動(dòng)變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬絲的兩端． (3)測(cè)量待測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量待測(cè)金屬絲接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測(cè)金屬絲長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將金屬絲拉直，反復(fù)測(cè)量三次，求其平均值． (4)測(cè)金屬絲直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值． (5)閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置． (6)在用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通過待測(cè)金屬絲的電流I不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免金屬絲的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大． (7)若采用圖象法求R的平均值時(shí)，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮． 自測(cè)　在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，由ρ＝可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是(　　) A．導(dǎo)線直徑d的測(cè)量 B.電壓U的測(cè)量 C．電流I的測(cè)量 D．導(dǎo)線長(zhǎng)度的測(cè)量 答案　A 命題點(diǎn)一　教材原型實(shí)驗(yàn) 例1　(2018南京市、鹽城市二模)某同學(xué)欲測(cè)量一卷粗細(xì)均勻、阻值約為100Ω的金屬漆包線的長(zhǎng)度，備選器材如下： A．量程為5mA、內(nèi)阻r1＝50Ω的電流表A1 B．量程為0.6A、內(nèi)阻r2＝0.2Ω的電流表A2 C．量程為6V、內(nèi)阻r3約為15kΩ的電壓表V D．最大阻值為15Ω、最大允許電流為2A的滑動(dòng)變阻器 E．定值電阻R1＝5Ω F．電動(dòng)勢(shì)E＝6V、內(nèi)阻很小的直流電源 G．開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干 H．螺旋測(cè)微器 (1)已知做成這種漆包線芯的金屬絲的電阻率為ρ，若金屬絲的電阻用R表示，直徑用d表示，則這一卷漆包線的長(zhǎng)度l＝________. (2)該同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲的直徑如圖2甲所示，則螺旋測(cè)微器的示數(shù)d＝______mm. (3)為了盡可能精確地測(cè)量該金屬絲的電阻，電流表應(yīng)選用________(選填“A”或“B”)，請(qǐng)?jiān)趫D乙方框中畫出實(shí)驗(yàn)原理電路圖． 圖2 (4)若該同學(xué)在測(cè)量金屬絲直徑時(shí)沒有去除漆包線表面的絕緣漆，這會(huì)使實(shí)驗(yàn)測(cè)得該漆包線的長(zhǎng)度與真實(shí)值相比________(選填“偏大”或“偏小”)． 答案　(1)　(2)0.600　(3)A　見解析圖　(4)偏大 解析　(1)根據(jù)電阻定律R＝，可得漆包線的長(zhǎng)度l＝. (2)螺旋測(cè)微器的示數(shù)為0.600mm； (3)金屬絲中的最大電流I＝＝0.06A，電流表A2的量程0.6A太大，測(cè)量的誤差較大，故應(yīng)選電流表A1，因A1的量程小于0.06A，故電路中應(yīng)對(duì)電流表A1改裝，使其量程變大，實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖所示； (4)若該同學(xué)在測(cè)量金屬絲直徑時(shí)沒有去除漆包線表面的絕緣漆，則測(cè)量的直徑偏大，由l＝知，長(zhǎng)度也偏大． 變式1　(2018泰州中學(xué)等綜合評(píng)估)要測(cè)量某種合金的電阻率． 圖3 (1)若合金絲長(zhǎng)度為l，直徑為D，阻值為R，則其電阻率ρ＝________. 用螺旋測(cè)微器測(cè)合金絲的直徑如圖3甲所示，讀數(shù)為________mm. (2)圖乙是測(cè)量合金絲阻值的原理圖，S2是單刀雙擲開關(guān)．根據(jù)原理圖在圖丙中將實(shí)物連線補(bǔ)充完整． (3)閉合S1，當(dāng)S2處于位置a時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U1＝1.35V，I1＝0.30A；當(dāng)S2處于位置b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U2＝0.92V，I2＝0.32A．根據(jù)以上測(cè)量數(shù)據(jù)判斷，當(dāng)S2處于位置________(選填“a”或“b”)時(shí)，測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，測(cè)量值Rx＝_______Ω. (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)　0.650　(2)見解析圖　(3)b　2.9 解析　(1)合金絲電阻：R＝ρ＝ρ， 則電阻率：ρ＝； 圖示螺旋測(cè)微器讀數(shù)為：0.5mm＋15.00.01mm＝0.650mm； (2)實(shí)物連線如圖所示： (3)根據(jù)＝≈0.32， 而＝≈0.07， 可知，使用電流表外接法測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，即S2處于位置b， 根據(jù)歐姆定律，則有：Rx＝Ω≈2.9Ω. 命題點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)的拓展與創(chuàng)新 例2　(2018南京市學(xué)情調(diào)研)圖4甲是用來測(cè)量某電阻絲材料的電阻率的電路圖．實(shí)驗(yàn)中把電阻絲拉直后固定在接線柱a和b上，移動(dòng)滑片改變接觸點(diǎn)P的位置，可改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度．實(shí)驗(yàn)可供選擇的器材還有： 器材編號(hào) 器材名稱 規(guī)格與參數(shù) A 電池E 電動(dòng)勢(shì)3.0V，內(nèi)阻未知 B 電流表A1 量程0～100mA，內(nèi)阻約為5Ω C 電流表A2 量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω D 電阻箱R 0～999.9Ω E 開關(guān)、導(dǎo)線 若干 實(shí)驗(yàn)操作如下： a．用螺旋測(cè)微器在電阻絲上三個(gè)不同的位置分別測(cè)量電阻絲的直徑d； b．將選用的實(shí)驗(yàn)器材，按照?qǐng)D甲連接實(shí)驗(yàn)電路； c．調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路中的電阻值較大； d．接觸點(diǎn)P在電阻絲上某位置時(shí)，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表滿偏，然后斷開開關(guān)．記錄電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長(zhǎng)度l. e．改變接觸點(diǎn)P的位置，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表再次滿偏；重復(fù)多次，記錄每一次電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長(zhǎng)度l. f．?dāng)嚅_開關(guān)，整理好器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析． 圖4 (1)某次測(cè)量電阻絲直徑d時(shí)，螺旋測(cè)微器示數(shù)如圖乙所示，d＝________mm； (2)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選擇________(選填供選器材前的編號(hào))； (3)用記錄的多組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)的接入電路中電阻絲長(zhǎng)度l的數(shù)據(jù)，繪出了如圖丙所示的R－l關(guān)系圖線，圖線在R軸的截距為R0，在l軸的截距為l0，那么電阻絲的電阻率表達(dá)式ρ＝________(用R0、l0、d表示)； (4)本實(shí)驗(yàn)中，電流表的內(nèi)阻對(duì)電阻率的測(cè)量結(jié)果_________(選填“有”或“無)影響，這是因?yàn)開_______． 答案　(1)0.730　(2)B　(3)　(4)無　根據(jù)歐姆定律解得R＝－l＋－(r＋RA)(其中RA為電流表內(nèi)阻，即電流表內(nèi)阻可視為電源內(nèi)阻)，可見電流表內(nèi)阻對(duì)圖象的斜率沒有影響，即電流表內(nèi)阻對(duì)電阻率的測(cè)量結(jié)果無影響 變式2　(2018鎮(zhèn)江市模擬)小華利用圖5甲電路測(cè)量某種導(dǎo)電液體的電阻率，玻璃管的橫截面積S＝210－3m2，通過K可以控制管內(nèi)導(dǎo)電液體的長(zhǎng)度，管兩端接有導(dǎo)電活塞(電阻不計(jì))，右活塞固定，左活塞可在管內(nèi)自由移動(dòng)，兩活塞均與玻璃管密封良好．實(shí)驗(yàn)器材如下：電源(電動(dòng)勢(shì)為12 V，內(nèi)阻不計(jì))，兩只相同的電壓表V1、V2(量程為3 V，內(nèi)阻足夠大)，電阻R1＝400 Ω，電阻R2＝1500Ω，電阻箱R(0～9999.9Ω)，單刀雙擲開關(guān)S，刻度尺． 圖5 (1)小華的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①向玻璃管內(nèi)注入導(dǎo)電液體，用刻度尺測(cè)量液柱長(zhǎng)度如圖乙所示，其長(zhǎng)度L＝________cm； ②連接好電路，把S撥到位置“1”，電壓表V1的示數(shù)如圖丙所示，示數(shù)為U1＝________V； ③將S撥到位置“2”，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表V2的示數(shù)仍為U1，此時(shí)電阻箱的阻值R＝300Ω； ④求得管內(nèi)液柱的電阻Rx＝_____Ω，導(dǎo)電液體的電阻率ρ＝______Ωm(保留兩位有效數(shù)字)． (2)請(qǐng)指出小華實(shí)驗(yàn)的不足之處_________________________________． (3)在實(shí)驗(yàn)步驟③中，若在小華調(diào)節(jié)電阻箱的過程中，無意中由于K未關(guān)緊而漏掉了少量的液體，則小華測(cè)得的電阻率ρ的值將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)． (4)小清同學(xué)仍利用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他通過K調(diào)節(jié)管內(nèi)液柱長(zhǎng)度，記錄多組數(shù)據(jù)如表所示，繪制出R－關(guān)系圖象后也可求出液體的電阻率ρ.請(qǐng)你在圖6中繪制出此圖象． 物理量 次數(shù)　　　　 R/(102Ω) /m－1 1 0.6 1.0 2 1.2 2.0 3 1.8 3.0 4 2.4 4.0 5 3.0 5.0 圖6 答案　(1)①19.97(19.95～19.99之間均可)?、?.00　④2000　20　(2)未多次測(cè)量取平均值　(3)不變 (4)如圖所示 1．(2018蘇州市期初調(diào)研)某實(shí)驗(yàn)小組在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)過程中： (1)小組同學(xué)正確操作獲得金屬絲的直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖7甲、乙、丙所示，則它們的讀數(shù)值依次是________mm、________A、________V. 圖7 (2)已知實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器阻值范圍為0～10Ω，電流表內(nèi)阻約幾歐，電壓表內(nèi)阻約幾十千歐，電源為干電池組(不宜在長(zhǎng)時(shí)間、大功率狀況下使用)，電動(dòng)勢(shì)E＝4.5V，內(nèi)阻較?。畡tA、B兩電路圖中，________(選填字母代號(hào))電路為本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)采用的較好電路，但用此電路測(cè)量的金屬絲電阻仍然會(huì)比真實(shí)值偏________(選填“大”或“小”)． (3)若已知實(shí)驗(yàn)所用的電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值RA＝2.0Ω，那么能準(zhǔn)確測(cè)量出金屬絲電阻Rx的電路應(yīng)是A、B兩電路圖中的________(選填字母代號(hào))電路．使用該電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流表示數(shù)為I，電壓表示數(shù)為U，則金屬絲電阻Rx＝________( 用題中字母代號(hào)表示)． 答案　(1)0.997　0.44　2.27　(2)A　小　(3)B?。璕A 解析　(1)螺旋測(cè)微器固定部分讀數(shù)為0.5 mm，可動(dòng)部分可估讀為49.70.01 mm＝0.497 mm，故讀數(shù)為：0.5 mm＋0.497 mm＝0.997 mm；電流表量程為0.6 A，則最小分度為0.02 A，讀數(shù)為0.44 A；電壓表量程為3 V，最小分度為0.1 V，需估讀一位，故讀數(shù)為：2.27 V. (2)因電源不能在大功率下長(zhǎng)時(shí)間使用，則本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用限流接法；同時(shí)電壓表內(nèi)阻較大，由以上讀數(shù)可知，金屬絲電阻的內(nèi)阻約為5 Ω，故采用電流表外接法誤差較小，故選A電路；在實(shí)驗(yàn)中電壓表示數(shù)準(zhǔn)確，但電流表測(cè)量的是干路電流，故電流表示數(shù)偏大，則由歐姆定律得出的結(jié)果偏小，故用此電路測(cè)量的金屬絲電阻會(huì)比真實(shí)值偏?。? (3)因已知電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值，則可以利用電流表內(nèi)接法準(zhǔn)確求出金屬絲電阻，故應(yīng)選B電路；金屬絲電阻及電流表總電阻：R＝，則金屬絲電阻Rx＝R－RA＝－RA. 2．(2019小海中學(xué)月考)某同學(xué)為“探究決定電阻絲電阻的因素，設(shè)計(jì)了如圖8所示電路，電路中ab是一段電阻率較大、粗細(xì)均勻的電阻絲，保護(hù)電阻R0＝4.0 Ω，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝3.0 V，電流表內(nèi)阻忽略不計(jì)，滑片P與電阻絲始終接觸良好． 圖8 (1)實(shí)驗(yàn)中用螺旋測(cè)微器測(cè)得電阻絲的直徑如圖9所示，其示數(shù)為d＝________mm. 圖9 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片P的位置，分別測(cè)量出每次實(shí)驗(yàn)中aP長(zhǎng)度x及對(duì)應(yīng)的電流值I，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示： x(m) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 I(A) 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28 (A－1) 2.04 2.33 2.63 3.03 3.23 3.57 ①將表中數(shù)據(jù)描在－x坐標(biāo)紙中，如圖10所示．請(qǐng)作出其關(guān)系圖線，圖線斜率的表達(dá)式k＝______(用題中字母表示)，由圖線求得電阻絲的電阻率ρ＝_____Ωm(保留兩位有效數(shù)字)． 圖10 ②根據(jù)圖中－x關(guān)系圖線縱軸截距的物理意義，可求得電源的內(nèi)阻為r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． 答案　(1)0.400　(2)①見解析圖　　1.110－6?、?.3 解析　(1)由題圖所示螺旋測(cè)微器可知，其示數(shù)為0mm＋40.00.01mm＝0.400mm. (2)①－x圖線如圖所示，由閉合電路歐姆定律有，I＝，那么＝＋，由電阻定律可知：R＝ρ＝ρ＝ρ，則＝＋x，則－x圖象的斜率：k＝，由圖示圖象可知：k＝≈3，電阻率ρ＝，代入數(shù)據(jù)得：ρ≈1.110－6Ωm. ②由－x關(guān)系圖線知縱軸截距為1.77A－1，則＝1.77A－1，解得：r≈1.3Ω. 3．(2018南通市調(diào)研)在探究“決定電阻絲電阻的因素”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)下表中給出的電阻絲，分別探究電阻與長(zhǎng)度、橫截面積、材料的關(guān)系. 編號(hào) A B C D E F G 材料 鎳鉻合金 康銅絲 錳銅絲 長(zhǎng)度/m 1.0 0.5 1.0 1.5 1.0 1.0 1.0 橫截面積/mm2 1.0 1.0 0.5 1.0 2.0 1.0 1.0 (1)為探究電阻絲電阻與長(zhǎng)度的關(guān)系，應(yīng)選擇表中________(填寫編號(hào))進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． (2)實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖11甲、乙所示的電路，其中R1和R2為兩段電阻絲，為能直觀反映兩電阻大小關(guān)系，應(yīng)選擇________(選填“甲”或“乙”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． 圖11 (3)實(shí)驗(yàn)小組采用圖12所示裝置測(cè)量電阻絲的電阻率，通過改變鱷魚嘴夾子在電阻絲上的位置，改變接入電路中的電阻絲長(zhǎng)度，測(cè)出接入電路電阻絲的長(zhǎng)度L和對(duì)應(yīng)的電流表讀數(shù)I. 圖12 ①請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線在圖中將實(shí)物電路連接完整． ②實(shí)驗(yàn)中測(cè)出多組I和L的數(shù)據(jù)，作出－L圖線，測(cè)得圖線斜率為k，已知電源電動(dòng)勢(shì)為E，電阻絲橫截面積為S，則電阻絲電阻率ρ＝________. ③關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作過程和誤差分析，下列說法中正確的有________． A．開關(guān)閉合前，應(yīng)將圖中滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭移到最左端 B．閉合開關(guān)，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，在不斷開電路情況下，用多用電表電壓擋檢查電路 C．實(shí)驗(yàn)誤差原因之一是測(cè)量電阻絲接入電路的長(zhǎng)度有誤差 D．實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源是電流表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻 答案　(1)ABD　(2)甲　(3)①如圖所示?、趉ES　③BC