高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章恒定電流實(shí)驗(yàn)十測(cè)定金屬絲的電阻率學(xué)案新人教版

實(shí)驗(yàn)十測(cè)定金屬絲的電阻率實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧SHIYANZHISHIZIZHUHUIGU1．實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)，因此，只要測(cè)出金屬絲的長度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。甲乙2．實(shí)驗(yàn)器材被測(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)微器在被測(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)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長度，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、U的值，記錄在表格內(nèi)。(6)將測(cè)得的Rx、l、d值，代入公式R＝ρeq\f(l,S)和S＝eq\f(πd2,4)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＝eq\f(U,I)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＝Rxeq\f(S,l)＝eq\f(πd2U,4Il)。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)量值偏小。(3)金屬絲的長度測(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)中被測(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、被測(cè)金屬絲、滑動(dòng)變阻器連成主干線路，然后再把電壓表并聯(lián)在被測(cè)金屬絲的兩端。(3)測(cè)量被測(cè)金屬絲的有效長度，是指測(cè)量被測(cè)金屬絲接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的被測(cè)金屬絲長度，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)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)，通過被測(cè)金屬絲的電流不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過長，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)若采用圖像法求電阻阻值的平均值，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)要盡可能地通過較多的點(diǎn)，其余各點(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。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2023·江蘇卷，11)某同學(xué)測(cè)量一段長度已知的電阻絲的電阻率。實(shí)驗(yàn)操作如下：(1)螺旋測(cè)微器如甲圖所示。在測(cè)量電阻絲的直徑時(shí)，先將電阻絲輕輕地夾在測(cè)砧與測(cè)微螺桿之間，再旋動(dòng)C(選填“A”“B”或“C”)，直到聽到“喀喀”的聲音，以保證壓力適當(dāng)，同時(shí)防止螺旋測(cè)微器的損壞。甲(2)選擇電阻絲的不同(選填“同一”或“不同”)位置進(jìn)行多次測(cè)量，取其平均值作為電阻絲的直徑。(3)圖乙中Rx為待測(cè)電阻絲。請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將滑動(dòng)變阻器接入圖丙實(shí)物電路中的正確位置。乙丙[答案](4)為測(cè)量Rx，利用乙圖所示的電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器測(cè)得5組電壓U1和電流I1的值，作出的U1-I1關(guān)系圖像如圖丁所示。接著，將電壓表改接在a、b兩端，測(cè)得5組電壓U2和電流I2的值，數(shù)據(jù)見下表：U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出U2-I2圖像。丁[答案](5)由此，可求得電阻絲的Rx＝23.5(23.0～24.0都算對(duì))Ω。根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率。[解析](1)旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕C。(2)電阻絲的粗細(xì)不一定均勻，為保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)在不同位置測(cè)直徑，然后取平均值作為測(cè)量值。(3)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接入電路，注意線不能交叉，如答案圖所示。(4)將所給的5組數(shù)據(jù)標(biāo)注在U-I圖像中，用過原點(diǎn)的直線把它們連在一起，讓盡可能多的點(diǎn)在直線上。(5)由題意知：eq\f(U1,I1)＝Rx＋RA＋R0，由U1-I1圖線的斜率可得eq\f(U1,I1)＝49.0Ω。eq\f(U2,I2)＝RA＋R0，由作出的U2-I2圖線的斜率可得eq\f(U2,I2)＝25.5Ω。故Rx＝(49.0－25.5)Ω＝23.5Ω?！沧兪接?xùn)練1〕(2023·重慶一中期末)小明同學(xué)想測(cè)量某段銅導(dǎo)線的電阻率，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。(1)如圖甲所示，采用繞線法用毫米刻度尺測(cè)得10匝銅導(dǎo)線直徑和為1.25cm。甲(2)現(xiàn)取長度為L＝100m的一捆銅導(dǎo)線，欲測(cè)其電阻，在實(shí)驗(yàn)前，事先了解到銅的電阻率很小，在用伏安法測(cè)量其電阻時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路，則電壓表的另一端應(yīng)接a(填“a”或“b”)，測(cè)量得電壓表示數(shù)為4.50V，而電流表選擇0～3.0A量程，其讀數(shù)如圖丙所示，則其讀數(shù)為2.50A，可得銅的電阻率為2.2×10－8Ω·m(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。小明參考課本上的信息(如圖丁所示)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算得到的電阻率與表中所給出的數(shù)據(jù)有一些偏差，但是實(shí)驗(yàn)的操作已經(jīng)十分規(guī)范，測(cè)量使用的電表也已盡可能校驗(yàn)準(zhǔn)確，請(qǐng)寫出一條你認(rèn)為造成這種偏差的可能原因是電流較大，實(shí)驗(yàn)過程中銅導(dǎo)線的溫度明顯超過了20℃。乙丙幾種導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率材料ρ/Ω·m材料ρ/Ω·m銀1.6×10－8鐵1.0×10－7銅1.7×10－8錳銅合金4.4×10－7鋁2.9×10－8鎳銅合金5.0×10－7鎢5.3×10－8鎳鉻合金1.0×10－6丁[解析](1)由題圖甲所示刻度尺可知，其分度值為1mm，則10匝銅導(dǎo)線的總直徑為d＝11.25cm－10.00cm＝1.25cm。(2)由題意可知，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于銅線電阻，則電流表應(yīng)采用外接法，電壓表的另一端應(yīng)接a；電流表的量程為0～3.0A，由題圖丙可知，其分度值為0.1A，示數(shù)I＝2.50A；銅線的電阻為R＝eq\f(U,I)＝eq\f(4.50,2.50)Ω＝1.8Ω，由電阻定律得R＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,π\(zhòng)b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,20)))2)，整理得ρ＝eq\f(πRd2,400L)，代入數(shù)據(jù)解得ρ≈2.2×10－8Ω·m；銅線的電阻率受溫度影響，隨溫度升高而增大，實(shí)驗(yàn)誤差可能是由電流較大，實(shí)驗(yàn)過程中銅導(dǎo)線的溫度明顯超過了20℃造成的。考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新例2(2023·河北承德一中期中)(1)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，用游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬絲的長度如圖甲所示，可知其長度為101.50mm；如圖乙所示，用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲的直徑，測(cè)量值為10.501(10.500～10.502)mm。(2)影響材料電阻率的因素很多，一般情況下金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大，半導(dǎo)體材料的電阻率則與之相反，隨溫度的升高而減小。某學(xué)校研究小組需要研究某種材料的導(dǎo)電規(guī)律，他們用這種材料制作成電阻較小的元件P，測(cè)量元件P中通過的電流隨兩端電壓從零開始逐漸增大過程中的變化規(guī)律。圖丙是他們按設(shè)計(jì)好的電路連接的部分實(shí)物圖，請(qǐng)?zhí)砑觾筛鶎?dǎo)線，使電路完整。丙[答案](3)改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄兩電表的讀數(shù)。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丁中畫出元件P的I－U圖像，并判斷元件P是半導(dǎo)體材料(填“金屬材料”或“半導(dǎo)體材料”)。U/V00.400.600.801.001.201.50I/A00.040.090.160.250.360.56丁[答案](4)若可供選擇的滑動(dòng)變阻器有R1(最大阻值為2.5Ω，允許通過的最大電流為0.25A)、R2(最大阻值為5Ω，允許通過的最大電流1.5A)，則本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器為R2(填器材前的編號(hào))。戊(5)把元件P接入如圖戊所示的電路中，已知定值電阻R阻值為4Ω，電源電動(dòng)勢(shì)為2V，內(nèi)阻不計(jì)，則該元件實(shí)際消耗的電功率為0.25(0.24～0.26)W。[解析](1)游標(biāo)卡尺測(cè)得金屬絲的長度為101mm＋10×0.05mm＝101.50mm；螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為10.5mm＋0.1×0.01mm＝10.501mm。(2)由于實(shí)驗(yàn)要求元件P兩端電壓從零開始，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；由于待測(cè)元件的電阻較小，滿足eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，所以電流表應(yīng)采用外接法，連線圖如圖甲所示。甲(3)將各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)描點(diǎn)，用平滑的曲線連接各點(diǎn)可得元件的I－U圖像，如圖乙所示。乙由R＝eq\f(U,I)＝eq\f(1,\f(I,U))＝eq\f(1,k)可知，元件P的電阻等于圖線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)，則元件的電阻隨溫度的升高而減小，可判定元件P是半導(dǎo)體材料。(4)由于電壓要求從零開始調(diào)，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，R1允許通過的最大電流為0.25A，不符合題干要求，故選R2。(5)將R視為電源內(nèi)阻，在表示元件P的I－U圖像中同時(shí)作出表示電源的I－U圖像，如圖丙所示，讀出兩圖線的交點(diǎn)即工作點(diǎn)的坐標(biāo)為I＝0.25A，U＝1.0V，所以元件P消耗的功率為P＝UI＝1.0×0.25W＝0.25W(0.24－0.26W)。丙2年高考·1年模擬2NIANGAOKAO1NIANMONI1．(2023·課標(biāo)Ⅰ，22)某同學(xué)用伏安法測(cè)量一阻值為幾十歐姆的電阻Rx，所用電壓表的內(nèi)阻為1kΩ，電流表內(nèi)阻為0.5Ω。該同學(xué)采用兩種測(cè)量方案，一種是將電壓表跨接在圖(a)所示電路的O、P兩點(diǎn)之間，另一種是跨接在O、Q兩點(diǎn)之間。測(cè)量得到如圖(b)所示的兩條U－I圖線，其中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。圖(a)回答下列問題：(1)圖(b)中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在O、P(填“O、P”或“O、Q”)兩點(diǎn)的方案測(cè)量得到的。圖(b)(2)根據(jù)所用實(shí)驗(yàn)器材和圖(b)可判斷，由圖線Ⅰ(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的結(jié)果更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，結(jié)果為50.5Ω(保留1位小數(shù))。(3)考慮到實(shí)驗(yàn)中電表內(nèi)阻的影響，需對(duì)(2)中得到的結(jié)果進(jìn)行修正，修正后待測(cè)電阻的阻值為50.0Ω(保留1位小數(shù))。[解析]本題考查伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理。(1)若電壓表跨接在O、P之間時(shí)，由于電壓表的分流作用使得電流的測(cè)量值偏大，由Rx＝eq\f(U,I)知，Rx的測(cè)量值偏?。蝗綦妷罕砜缃釉贠、Q之間時(shí)，由于電流表的分壓作用使得電壓的測(cè)量值偏大，由Rx＝eq\f(U,I)知，Rx的測(cè)量值偏大。由于標(biāo)記為Ⅱ的圖線斜率較小，則標(biāo)記為Ⅱ的Rx測(cè)量值偏小，即標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在O、P兩點(diǎn)的方案測(cè)量得到的。(2)電壓表的內(nèi)阻為1kΩ，電流表的內(nèi)阻為0.5Ω，Rx約為50Ω，由于Rx＞eq\r(RARV)，則電流表采用內(nèi)接法，故圖線Ⅰ得到的結(jié)果更接近真實(shí)值；結(jié)果為Rx＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(3.02V－1.00V,0.0600A－0.0200A)＝50.5Ω。(3)實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)量的是電流表與被測(cè)電阻串聯(lián)的總電阻，則Rx＝R′x＋RA，解得修正后待測(cè)電阻的阻值為R′x＝50.0Ω。2．(2023·天津卷，9(3))現(xiàn)測(cè)定長金屬絲的電阻率。①某次用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)是0.200(0.196～0.204均可)mm。②利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，盡量準(zhǔn)確地測(cè)量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并標(biāo)明器材代號(hào)。電源E (電動(dòng)勢(shì)10V，內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1 (量程0～250mA，內(nèi)阻R1＝5Ω)電流表A2 (量程0～300mA，內(nèi)阻約為5Ω)滑動(dòng)變阻器R (最大阻值10Ω，額定電流2A)開關(guān)S及導(dǎo)線若干[答案]③某同學(xué)設(shè)計(jì)方案正確，測(cè)量得到電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，則這段金屬絲電阻的計(jì)算式Rx＝eq\f(I1R1,I2－I1)。從設(shè)計(jì)原理看，其測(cè)量值與真實(shí)值相比相等(填“偏大”“偏小”或“相等”)。[解析]①d＝20.0×0.01mm＝0.200mm。②本題中測(cè)量金屬絲的電阻，無電壓表，故用已知內(nèi)阻的電流表A1充當(dāng)電壓表，由于電流表A1的額定電壓UA1＝ImR1＝1.25V，比電源電動(dòng)勢(shì)小得多，故電路采用分壓式接法，電路圖如圖所示。③當(dāng)電流表A1、A2讀數(shù)分別為I1、I2時(shí)，通過Rx的電流為I＝I2－I1，Rx兩端電壓U＝I1·R1，故Rx＝eq\f(U,I)＝eq\f(I1R1,I2－I1)，不考慮讀數(shù)誤差，從設(shè)計(jì)原理看測(cè)量值等于真實(shí)值。3．(2023·云南西雙版納期末)在“用伏安法測(cè)定一條金屬絲(總電阻約10Ω)的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中。(1)某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲直徑d如圖甲所示，可讀得d＝0.725mm。甲(2)他又把金屬絲拉直后將其兩端固定在刻度尺兩端的接線柱a和b上，在金屬絲上夾上一個(gè)小金屬夾P，移動(dòng)金