2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第八單元實(shí)驗(yàn)八測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案新人教版

PAGE13-試驗(yàn)八測(cè)定金屬的電阻率[試驗(yàn)?zāi)康腯1．駕馭電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的運(yùn)用方法．2．駕馭螺旋測(cè)微器的運(yùn)用方法和讀數(shù)方法．3．學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)出金屬絲的電阻率．[試驗(yàn)原理]由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)，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.測(cè)金屬電阻的電路圖和實(shí)物圖如圖甲、乙所示．[試驗(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．[試驗(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)電阻的試驗(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(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)整到使其接入電路中的電阻值最大的位置．5．閉合開關(guān)，變更滑動(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．[數(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,4lI).[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(lái)源之一．2．采納伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采納的是電流表外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏?。?．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(lái)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．命題點(diǎn)1教材原理試驗(yàn)在“測(cè)定金屬的電阻率”試驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm.(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)應(yīng)為________mm(該值接近多次測(cè)量的平均值)．(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx.試驗(yàn)所用器材為：電池組(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω)、電流表(內(nèi)阻約0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干．某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采納下圖中的________(選填“甲”或“乙”)圖．(3)圖丙是測(cè)量Rx的實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請(qǐng)依據(jù)(2)中所選的電路圖，補(bǔ)充完整圖中實(shí)物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖丁所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，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(shù)字)(5)依據(jù)以上數(shù)據(jù)可以算出金屬絲電阻率約為________(填選項(xiàng)前的字母)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m(6)任何試驗(yàn)測(cè)量都存在誤差．本試驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．下列關(guān)于誤差的說(shuō)法中正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)．A．用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消退由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差D．用U-I圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差【解析】(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0＋39.4×0.01mm＝0.394mm.(2)通過(guò)給定的數(shù)據(jù)發(fā)覺，電壓接近從0起先，滑動(dòng)變阻器采納的是分壓式接法．(3)滑動(dòng)變阻器采納分壓式接法，連線時(shí)應(yīng)使測(cè)量電路在起先時(shí)分到的電壓為0.實(shí)物圖連接如圖甲所示．(4)圖線應(yīng)過(guò)原點(diǎn)，且使大多數(shù)點(diǎn)在一條直線上，不在直線上的點(diǎn)勻稱分布在直線兩側(cè)．依據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖，如圖乙所示．圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，所以Rx＝4.5Ω.(5)由Rx＝eq\f(ρl,S)，S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2，取d＝4×10－4m、l＝0.5m、Rx＝4.5Ω，解得ρ≈1×10－6Ω·m.(6)由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于電流表、電壓表內(nèi)阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，則可以消退由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；利用U-I圖象處理數(shù)據(jù)，可以減小偶然誤差，選項(xiàng)D正確．【答案】(1)0.394(0.392～0.396均可)(2)甲(3)如圖甲所示(4)如圖乙所示4.5(4.3～4.7均可)(5)C(6)CD高分技法本試驗(yàn)中的留意事項(xiàng)1本試驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的電阻值較小，因此試驗(yàn)電路一般采納電流表外接法.2試驗(yàn)連線時(shí)，應(yīng)先從電源的正極動(dòng)身，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閉合電路，然后把電壓表并聯(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(zhǎng)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(zhǎng)度，即電壓表兩端點(diǎn)間的被測(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)金屬絲直徑肯定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值.5閉合開關(guān)S前，肯定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置.(6)用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通過(guò)被測(cè)金屬絲的電流I不宜過(guò)大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免金屬絲的溫度明顯上升，造成其電阻率在試驗(yàn)過(guò)程中漸漸增大．(7)若采納圖象法求R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)要盡可能地讓不在直線上的各點(diǎn)勻稱分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮．命題點(diǎn)2試驗(yàn)拓展創(chuàng)新命題角度1：“雙伏法”或“雙安法”測(cè)電阻用以下器材可測(cè)量電阻Rx的阻值．待測(cè)電阻Rx，阻值約為600Ω；電源E，電動(dòng)勢(shì)約為6.0V，內(nèi)阻可忽視不計(jì)；電壓表V1，量程為0～500mV，內(nèi)阻r1＝1000Ω；電壓表V2，量程為0～6V，內(nèi)阻r2約為10kΩ；電流表A，量程為0～0.6A，內(nèi)阻r3約為1Ω；定值電阻R0，R0＝60Ω；滑動(dòng)變阻器R，最大阻值為150Ω；單刀單擲開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干．(1)測(cè)量中要求兩只電表的讀數(shù)都不小于其量程的eq\f(1,3)，并能測(cè)量多組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出測(cè)量電阻Rx的試驗(yàn)電路圖．(2)若選擇測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來(lái)計(jì)算Rx，則由已知量和測(cè)量物理量計(jì)算Rx的表達(dá)式為Rx＝________，式中各符號(hào)的意義是______________________．(全部物理量用題中代表符號(hào)表示)【解析】(1)電路的最大電流為I＝eq\f(6V,600Ω)＝0.01A，電流表量程太大，可以把電壓表V1并聯(lián)一個(gè)定值電阻改裝成電流表，電壓表選擇V2即可，要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器須要分壓式接法，電路如圖．(2)流過(guò)被測(cè)電阻的電流為I＝eq\f(U1,r1)＋eq\f(U1,R0)＝eq\f(U1R0＋r1,R0r1)，被測(cè)電阻阻值為Rx＝eq\f(U2－U1,I)＝eq\f(U2－U1R0r1,U1R0＋r1).【答案】(1)測(cè)量電路見解析圖(2)eq\f(U2－U1R0r1,U1R0＋r1)U1為電壓表V1的讀數(shù)，U2為電壓表V2的讀數(shù)，r1為電壓表V1的內(nèi)阻，R0為定值電阻高分技法對(duì)“雙安法”和“雙伏法”的理解(1)雙安法若電流表內(nèi)阻已知，則可將其當(dāng)做電流表、電壓表以及定值電阻來(lái)運(yùn)用．①如圖甲所示，當(dāng)兩電流表所能測(cè)得的最大電壓接近時(shí)，假如已知A1的內(nèi)阻R1，則可測(cè)得A2的內(nèi)阻R2＝eq\f(I1R1,I2).②如圖乙所示，當(dāng)兩電流表的滿偏電壓UA2?UA1時(shí)，假如已知A1的內(nèi)阻R1，A1串聯(lián)肯定值電阻R0后，同樣可測(cè)得A2的電阻R2＝eq\f(I1R1＋R0,I2).(2)雙伏法若電壓表內(nèi)阻已知，則可將其當(dāng)做電流表、電壓表和定值電阻來(lái)運(yùn)用．①如圖丙所示，兩電壓表的滿偏電流接近時(shí)，若已知V1的內(nèi)阻R1，則可測(cè)出V2的內(nèi)阻R2＝eq\f(U2,U1)R1.②如圖丁所示，兩電壓表的滿偏電流IV1?IV2時(shí)，若已知V1的內(nèi)阻R1，V1并聯(lián)肯定值電阻R0后，同樣可得V2的內(nèi)阻R2＝eq\f(U2,\f(U1,R1)＋\f(U1,R0)).命題角度2：“半偏法”測(cè)電流表內(nèi)阻某探究小組為了用“半偏法”測(cè)電阻和改裝電表，先用“半偏法”測(cè)量程為100μA的電流表G的電阻，后將電流表G改裝成電壓表．(1)首先采納如圖甲所示的試驗(yàn)電路測(cè)量該電流表G的內(nèi)阻Rg，圖中R1為滑動(dòng)變阻器、R2為電阻箱．他按電路圖連接好電路，將R1的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)S1后，他的正確操作的步驟應(yīng)當(dāng)是________．(選出下列必要的步驟，并將其序號(hào)排序)A．登記R2的阻值B．調(diào)整R1的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度C．閉合S2，調(diào)整R1和R2的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半D．閉合S2，保持R1不變，調(diào)整R2的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半(2)假如按正確操作步驟測(cè)得R2的阻值為100Ω，則Rg的阻值大小為________Ω；與電流表內(nèi)阻的真實(shí)值Rg′相比，Rg________Rg′(填“>”“＝”或“<”)．(3)將上述電流表G串聯(lián)一個(gè)29900Ω的電阻，改裝成電壓表，則該電壓表的量程是____________V．用它來(lái)測(cè)量電壓時(shí)，表盤指針位置如圖乙所示，此時(shí)電壓表的讀數(shù)大小為________V.【解析】(1)本題采納半偏法測(cè)電流表的內(nèi)阻，故調(diào)整R1的阻值，先使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，然后再閉合S2，保持R1不變，調(diào)整R2的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，登記R2的阻值，故操作依次為BDA.(2)此時(shí)R2的阻值與Rg的阻值相等，故Rg的阻值大小也為100Ω.隨著S2的閉合，整個(gè)電路中的電流將會(huì)變大，但事實(shí)上我們?nèi)耘f是依據(jù)電流不變時(shí)的電流來(lái)計(jì)算的，通過(guò)電阻箱R2的電流將比通過(guò)G的電流要大，又因?yàn)镽2與G并聯(lián)，電壓一樣，所以實(shí)際的電阻箱讀數(shù)將小于電流表G的內(nèi)阻，所以Rg<Rg′.(3)U＝Ig(Rg＋R)＝10－4×(100＋29900)V＝3V，此時(shí)指針?biāo)甘镜碾妷簽?.4V.【答案】(1)BDA(2)100<(3)32.4高分技法半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻原理測(cè)量電路操作步驟①將電阻箱R的阻值調(diào)到零②閉合S，調(diào)整R0，使?達(dá)到滿偏I(xiàn)0③保持R0不變，調(diào)整R，使?示數(shù)為eq\f(I0,2)④由上得Rg＝R①斷開S2、閉合S1，調(diào)整R0，使?達(dá)到滿偏I(xiàn)0②保持R0不變，閉合S2，調(diào)整R，使?讀數(shù)為eq\f(I0,2)③由上得RA＝R命題角度3：“半偏法”測(cè)電壓表內(nèi)阻某同學(xué)利用如圖甲所示電路測(cè)量量程為0～2.5V的電壓表V的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值50Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V)，開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干．試驗(yàn)步驟如下：①按電路原理圖連接線路；②將電阻箱阻值調(diào)整為0，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到與圖甲中最左端所對(duì)應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；③調(diào)整滑動(dòng)變阻器，使電壓表滿偏；④保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，調(diào)整電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00V，登記電阻箱的阻值．回答下列問題：(1)試驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器________(選填“R1”或“R2(2)依據(jù)圖甲所示電路將圖乙中實(shí)物圖連線．(3)試驗(yàn)步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω，若認(rèn)為調(diào)整電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變，計(jì)算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個(gè)位)．(4)假如此電壓表是由一個(gè)表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________(填選項(xiàng)前的字母)．A．100μAB．250μAC．500μAD．1mA【解析】(1)此試驗(yàn)的試驗(yàn)原理類比于半偏法測(cè)電表內(nèi)阻的試驗(yàn)，電壓表所在支路的總電壓應(yīng)當(dāng)盡量不變更，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選最大阻值小的即選R1.(3)近似認(rèn)為電壓表所在支路的總電壓不變，且流過(guò)電壓表與電阻箱的電流相等，由串聯(lián)分壓特點(diǎn)知eq\f(2,RV)＝eq\f(2.5－2,R)，則RV＝4R＝2520Ω.(4)因電壓表是由一個(gè)表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成，表頭允許的最大電流不會(huì)因此變更，則由歐姆定律可知，I滿＝eq\f(U滿,RV)＝eq\f(2.5,2520)A≈1mA.【答案】(1)R1(2)如圖所示(3)2520(4)D高分技法半偏法測(cè)電壓表內(nèi)阻原理測(cè)量電路操作步驟①閉合S，調(diào)整電阻箱阻值為R1時(shí)，測(cè)得示數(shù)為U1②變更電阻箱阻值為R2時(shí)，測(cè)得示數(shù)為eq\f(U1,2)③由上得RV＝R2－2R1①閉合S1、S2，調(diào)整R0，使示數(shù)指到滿偏刻度②斷開S2，保持R0不變，調(diào)整R，使指針指到滿刻度的一半③由上得RV＝R命題角度4：替代法測(cè)電阻為了較精確地測(cè)量某電子元件的電阻，某同學(xué)進(jìn)行了以下試驗(yàn)，請(qǐng)完成步驟中的填空．(1)用多用電表測(cè)量該元件的電阻，選用“×10”的歐姆擋測(cè)量時(shí)，發(fā)覺指針偏轉(zhuǎn)較小，因此應(yīng)將多用電表調(diào)到歐姆________擋(選填“×1”或“×100”)．(2)將紅、黑表筆短接，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指到________位置．(3)將紅、黑表筆分別連接電阻的兩端，多用電表的示數(shù)如圖甲所示，則被測(cè)電阻的阻值為________Ω.(4)為精確測(cè)量其電阻，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路．圖中的量程為5mA，內(nèi)阻約5Ω；R為電阻箱(最大阻值為9999Ω)，直流電源E約6V，內(nèi)阻約0.5Ω.則在閉合S0前，應(yīng)將R調(diào)到________(選填“最大值”或“最小值”)．(5)將S擲到1位置，將R調(diào)為________Ω，讀出此時(shí)的示數(shù)為I0，然后將R調(diào)到最大值．(6)再將S擲到2位置，調(diào)整R，使得的示數(shù)為________，讀出R的值為R0，可認(rèn)為Rx＝R0.【解析】(1)選用“×10”的歐姆擋測(cè)量時(shí)，發(fā)覺指針偏轉(zhuǎn)較小，可知該電阻較大，應(yīng)選用“×100”擋．(2)將紅、黑表筆短接，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指到0刻度處．(3)歐姆表的讀數(shù)等于表盤讀數(shù)乘以倍率，則Rx＝15×100Ω＝1500Ω.(4)為了愛護(hù)電路，閉合S0前，先將電阻箱阻值調(diào)到最大值；(5)(6)為了測(cè)量Rx，可以采納等效替代法，故應(yīng)將R調(diào)至零，讀出的數(shù)值；再將S擲到2位置，調(diào)整R，使得的示數(shù)仍為I0，可知電路中的總電阻不變，即Rx＝R0.【答案】(1)×100(2)0(3)1500(4)最大值(5)0(6)I0高分技法“替代法”測(cè)電阻原理測(cè)量電路操作步驟①此方法一般要選用一個(gè)量程比電流表稍大的電流表②閉合S和S1，調(diào)整R1的阻值使電流表的示數(shù)為I③斷開S1，接通S2，調(diào)整R2的阻值使電流表的示數(shù)仍為I④由上得Rg＝R2命題角度5：“電橋法”測(cè)電阻某學(xué)習(xí)小組正在進(jìn)行“測(cè)量某金屬導(dǎo)體電阻率”的試驗(yàn)．取一個(gè)金屬制成的圓柱形導(dǎo)體，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度L、用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑d，如圖甲所示．(1)請(qǐng)讀出長(zhǎng)度L和直徑d，L＝______cm，d＝______mm.(2)設(shè)“圓柱形”導(dǎo)體的電阻為Rx，接入如圖乙所示的電路中．請(qǐng)將以下試驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：第一步：閉合開關(guān)S前先將滑動(dòng)變阻器R的滑片P滑到最___