2019年高考物理 双基突破（二）专题16 实验：决定导线电阻的因素精讲.doc

专题16 实验：决定导线电阻的因素1实验目的（1）掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。（2）会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。2实验原理由R得，因此，只要测出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。3实验器材被测金属丝，直流电源（4 V），电流表（00。6 A），电压表（03 V），滑动变阻器（50 ），开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。4实验步骤（1）用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。（2）连接好用伏安法测电阻的实验电路。（3）用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。（4）把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。（5）闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内。（6）拆除实验线路，整理好实验器材。（7）将测得的Rx、l、d值，代入公式R和S中，计算出金属丝的电阻率。5注意事项（1）先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。（2）测量待测金属丝的有效长度，是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。（3）实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。（4）电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长。（5）电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。（5）闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。（6）在用伏安法测电阻时，通过待测金属丝的电流强度I不宜过大（电流表用00。6 A量程），通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。（7）为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，若采用图象法求R的平均值时，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。6数据处理（1）在求Rx的平均值时可用两种方法用Rx 分别算出各次的数值，再取平均值。用UI图线的斜率求出。（2）计算电阻率：将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式Rx。7误差分析（1）金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。（2）采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。（3）金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。（4）由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。 突破点一、实验原理与操作【题1】在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx（阻值约4 ，额定电流约0.5 A）；电压表：V（量程3 V，内阻约3 k）；电流表：A1（量程0.6 A，内阻约0.2 ）；A2（量程3 A，内阻约0.05 ）；电源：E1（电动势3 V，内阻不计）；E2（电动势12 V，内阻不计）；滑动变阻器：R（最大阻值约20 ）；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_mm。（2）若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_（均填器材代号），在虚线框内完成电路原理图。 【答案】（1）1.773（1.7711.775均正确）（2）A1E1见解析图【题2】为了测量某待测电阻Rx的阻值（约为30 ），有以下一些器材可供选择。电流表A1（量程050 mA，内阻约10 ）；电流表A2（量程03 A，内阻约0.12 ）；电压表V1（量程03 V，内阻很大）； 电压表V2（量程015 V，内阻很大）；电源E（电动势约为3 V，内阻约为0.2 ）；定值电阻R（20 ，允许最大电流1.0 A）；滑动变阻器R1（010 ，允许最大电流2.0 A）；滑动变阻器R2（01 k，允许最大电流0.5 A）； 单刀单掷开关S一个，导线若干。（1）电流表应选_，电压表应选_，滑动变阻器应选_。（填字母代号）（2）请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。（要求所测量范围尽可能大）（3）某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx_。【答案】（1）A1V1R1（2）见解析图（3）R（2）因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用分压接法；因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻，所以电流表采用外接法；为了使流过电流表的电流不超过其最大量程，即50 mA，应给待测电阻串联一个定值电阻R，起保护作用实验原理图如图所示。（3）根据欧姆定律可得RxR。 【题4】某同学通过实验测量一种合金的电阻率。（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图1所示的部件_（选填“A”、“B”、“C”或“D”）。从图中的示数可读出合金丝的直径为_mm。（2）图2所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中_（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了_（选填“短路”或“断路”）。 （3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7 。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议。【答案】（1）B0.410（2）7、9断路（3）电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。（或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值）（2）7、9之间发生断路，则内阻较大的电压表和内阻较小的电流表一起串联于电路中，此时改变阻值较小的滑动变阻器阻值时，对电压表和电流表的示数影响很小，符合题述现象，同时满足两表读数。（3）因为Rx58.7 30 ，所以应选用电流表内接法。为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值，计算电阻的平均值。或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值。【题5】为测定一段金属丝的电阻率，某同学设计了如图甲所示的电路ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，电路中的保护电阻R04.0 ，电源的电动势E3.0 V，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良。（1）实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d_ mm。（2）实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I，实验数据如下表所示：x（）m）0.100.200.300.400.500.60I（A）0.490.430.380.330.310.28（A1）2.042.332.633.033.233.57将表中数据描在x坐标纸中，如图所示试作出其关系图线，图象中直线的斜率的表达式k_（用题中字母表示），由图线求得电阻丝的电阻率为_ m（保留两位有效数字）。根据x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为_ （保留两位有效数字）。【答案】（1）0.400（2）图线见解析图1.11061.4根据图象由电阻定律可得R，由欧姆定律可得：R，则图象斜率k，S联立解得：k代入数据得：k3联立解得电阻率为：代入数据得：1.1106 m；突破点三、实验的改进与创新 1实验原理的创新 （1）教材中实验是测量金属丝的电阻率，而本实验是采用教材实验的原理测定导线的长度。（2）考查本实验的题目还可以将测金属丝的电阻率，改为测圆柱体金属、圆桶形薄片、电解液等的电阻率。（3）测量电阻时还可应用等效替代法、半偏法、多用电表、电桥法、双电流表法、双电压表法等。2实验器材的创新 （1）本实验考虑导线电阻Rx较小，而未直接测量Rx的阻值，而是测量Rx与定值电阻的串联阻值。 （2）实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径，可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上3050匝，测总长度，然后求出直径。【题6】某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。（1）分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图（a）和图（b）所示，长度为_ cm，直径为_ mm。（2）按图（c）连接电路后，实验操作如下：（a）将滑动变阻器R1的阻值置于最_处（填“大”或“小”）；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0；（b）将电阻箱R2的阻值调至最_（填“大”或“小”），将S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 ；（3）由此可知，圆柱体的电阻为_ 。【答案】（1）5.015.315（2）（a）大（b）大（3）1 280（2）（a）为了保护电流表，在接通电路之前，要使电路中的总电阻尽可能大，然后慢慢减小电路中的电阻。 （b）为使电路电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大。（3）将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示。当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示。由闭合电路欧姆定律知I，当I相同均为I0时，R2R圆柱体，所以R圆柱体1 280 。 【题7】现在要测量一段电阻丝的电阻率，其阻值Rx0.5 ，允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择：电流表A（量程0.6 A，内阻约为0.6 ）电压表V（量程3 V，内阻约为3 k）待测的电阻丝Rx（阻值约为0。5 ）标准电阻R0（阻值5 ）滑动变阻器R1（5 ，2 A）滑动变阻器R2（200 ，1.5 A）直流电源E（E6 V，内阻不计）开关S、导线若干（1）图甲为四位同学分别设计的“测量部分”的电路，你认为合理的是_。 （2）实验中滑动变阻器应该选择_（选填“R1”或“R2”），并采用_接法。（3）根据你在（1）、（2）中的选择，在图乙上完成实验电路的连接。 （4）某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻丝的电阻率的表达式为_。（5）用螺旋测微器测量电阻丝的直径，其中某一次测量结果如丙图所示，其读数应为_。【答案】（1）C（2）R1分压（3）见解析图（4）（5）1.205 mm（1.203 mm1.207 mm均正确）（2）滑动变阻器若选用R2限流接法，电流调控范围小，操作不便，所以应选择R1，并采用分压接法。（3）根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法，实物连线如图所示。（4）待测电阻RxR0，由电阻定律有Rx，联立解得。（5）螺旋测微器的读数为1 mm0.0120.5 mm1.205 mm。