2019年高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验八 电阻的测量 测定金属丝的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）学案.doc

实验八电阻的测量测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)一、螺旋测微器的使用1构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度图12原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺图23读数：测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)如图2所示，固定刻度示数为2.0mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0mm15.00.01mm2.150mm.二、游标卡尺1构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图3所示)图32用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径3原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可精确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度)mm.三、常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)03V的电压表和03A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(2)对于015V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V.(3)对于00.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A.1实验原理(如图4所示)根据电阻定律公式知道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图42实验器材被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(00.6A)，电压表(03V)，滑动变阻器(050)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺3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)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1伏安法测电阻的电路选择(1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法(2)临界值计算法Rx时，用电流表内接法(3)实验试探法：按图5接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法图52注意事项(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径应在金属丝连入电路之前测量(2)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(3)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3误差分析(1)若为内接法，电流表分压(2)若为外接法，电压表分流(3)长度和直径的测量命题点一教材原型实验例1某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率.步骤如下：(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图6甲，由图可知其长度为L_mm；图6(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图可知其直径D_mm；(3)用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻R，表盘的示数如图7，则该电阻的阻值约为_.图7(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R电流表A1(量程04mA，内阻约50)电流表A2(量程030mA，内阻约30)电压表V1(量程03V，内阻约10k)电压表V2(量程015V，内阻约25k)直流电源E(电动势4V，内阻不计)滑动变阻器R1(阻值范围015，允许通过的最大电流2.0A)滑动变阻器R2(阻值范围02k，允许通过的最大电流0.5A)开关S、导线若干为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，某同学设计了如图8所示的电路，请指出3处不妥之处：_；_；_.图8答案(1)50.15(2)4.700(3)120(4)电流表应选A2电流表应采用外接法滑动变阻器应采用分压式接法解析(1)游标卡尺的固定刻度读数为50mm，游标尺上第3个刻度游标读数为0.053mm0.15mm，所以最终读数为：50mm0.15mm50.15mm；(2)螺旋测微器的固定刻度读数为4.5mm，可动刻度读数为0.0120.0mm0.200mm，所以最终读数为：45mm0.200mm4.700mm.(3)该电阻的阻值约为12.010120.(4)根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的最大电流为Imax1000mA33mA，所以电流表应选A2；由于要求“测得多组数据”，所以变阻器应用分压式接法，应选择阻值小的变阻器R1；由于，所以电流表应用外接法1实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7108m，再利用图9甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度图9可供使用的器材有：电流表：量程0.6A，内阻约0.2；电压表：量程3V，内阻约9k；滑动变阻器R1：最大阻值5；滑动变阻器R2：最大阻值20；定值电阻：R03；电源：电动势6V，内阻可不计；开关、导线若干回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选_(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至_端(填“a”或“b”)(2)在实物图10中，已正确连接了部分导线，请根据图9甲电路完成剩余部分的连接图10(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50A时，电压表示数如图9乙所示，读数为_V.(4)导线实际长度为_m(保留两位有效数字)答案(1)R2a(2)如图所示(3)2.30(2.292.31均正确)(4)94(9395均正确)解析(1)因控制电路是限流式接法，而测量电路总电阻在3以上，为使测量电路有较大的调节范围，滑动变阻器应选用总阻值较大的R2.为了保证开关闭合时电路的安全，应使滑动变阻器接入电路中的阻值最大，即开关闭合前滑片应置于a端(2)实物图连线如图所示(3)由于电压表量程为03V，分度值为0.1V，故读数为2.30V.(4)测量电路的总阻值R0Rx4.60，则Rx1.60，由R可知，lm94m.2在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图11所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)图11(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3V，内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器R(020，额定电流2A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图12中的_图(填“甲”或“乙”)图12(3)图13是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏图13图14(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图14所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字)(5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为_(填选项前的符号)A1102mB1103mC1106mD1108m(6)任何实验测量都存在误差本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由电流表和电压表的内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.397(0.3950.399均可)(2)甲(3)如图甲(4)如图乙4.5(4.34.7均可)(5)C(6)CD甲乙解析(1)螺旋测微器的读数为：0mm0.01mm39.70.397mm(0.3950.399mm之间均正确)(2)考虑到实验测量数据中电压表示数从0.10V开始，非常小，应考虑使用滑动变阻器分压式接法，故采用的是图甲的电路设计方案(3)连图时注意滑动变阻器的分压式接法，注意电流表和电压表的正负极(4)将第2、4、6次测量数据的坐标点标出来后，画出一条直线，舍去第6次实验数据点，让直线过坐标原点，计算出图线斜率为4.5(4.34.7之间均正确)，即为金属丝的阻值(5)根据电阻定律Rx，代入数据计算得到电阻率1106m，C对(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，A错；电流表和电压表的内阻引起的误差属于系统误差，B错；由于该实验原理未考虑电表内阻造成的误差，因此将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由于测量仪表引起的系统误差，C对；通过UI图象处理数据时已经直观地舍去了第6次实验数据，且多次测量后画直线的目的就是取平均值，因此用UI图象处理数据更好地减小了偶然误差，D对命题点二实验拓展创新电阻测量的六种方法1伏安法电路图特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，测小电阻时应采用外接法测量)2安安法若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图15甲所示，当两电流表所能测得的最大电压接近时，如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2.(2)如图乙所示，当两电流表的满偏电压UA2UA1时，如果已知的内阻R1，串联一定值电阻R0后，同样可测得的电阻R2.图153伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用(1)如图16甲所示，两电压表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2R1.(2)如图乙所示，两电压表的满偏电流IV1IV2时，若已知的内阻R1，并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2.图164等效法测电阻如图17所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值图175比较法测电阻如图18所示，读得电阻箱R1的阻值及、的示数I1、I2，可得Rx.如果考虑电流表内阻的影响，则I1(RxRA1)I2(R1RA2)图186半偏法测电流表内阻电路图如图19所示图19实验步骤：(1)断开S2，闭合S1，调节R0，使的示数满偏为Ig；(2)保持R0不变，闭合S2，调节电阻箱R，使的示数为；(3)由上可得RAR.例2要测量某种合金的电阻率(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率_.用螺旋测微器测合金丝的直径如图20甲所示，读数为_mm.(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关根据原理图在图丙中将实物连线补充完整图20(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U11.35V，I10.30A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U20.92V，I20.32A根据以上测量数据判断，当S2处于位置_(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx_.(结果保留两位有效数字)答案(1)0.650(2)如图所示(3)b2.9解析(1)金属丝电阻：R，则电阻率：；由图示螺旋测微器可知，其示数为：05mm15.00.01mm0.650mm；(3)根据0.32，而0.07，可知，电压表分流较大，因此必须采用电流表外接法，即S2处于位置b时，测量相对准确，根据欧姆定律，则有Rx2.9.例3(2016全国卷23)某同学利用图21(a)所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9)，滑动变阻器R1(最大阻值50)，滑动变阻器R2(最大阻值5k)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干图21实验步骤如下：按电路原理图(a)连接线路；将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位)(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号)A100AB250AC500AD1mA答案(1)R1(2)见解析图(3)2520(4)D解析(1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差(2)滑动变阻器为分压式接法，连接实物电路如图所示：(3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00V和0.50V，则RV4R2520.(4)电压表的满偏电流IgA1mA，故选项D正确3小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系，已知该金属电阻在常温下的阻值约10，R随t的升高而增大，实验电路如图22所示，控温箱用以调节金属电阻的温度实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，和电流表的相应示数I1，I2，.然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，.图22(1)有以下两电流表，实验电路中应选用_A量程0100mA，内阻约2B量程00.6A，内阻可忽略(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9调节至10.0，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”，正确的操作顺序是_将旋钮a由“0”旋转至“1”将旋钮b由“9”旋转至“0”将旋钮c由“9”旋转至“0”(3)实验记录的t和R的数据见下表温度t()20.040.060.080.0100.0阻值R()9.610.411.112.112.8请根据表中数据，在图23方格纸上作出Rt图线图23由图线求得R随t的变化关系为R_.答案(1)A(2)(或)(3)见解析图004t8.8解析(1)电路中电源电动势为1.5V，金属电阻的阻值约为10，滑动变阻器电阻最大的为10，电流在0.0750.15A，则电流一般在0.1A以内调整，为使电流读数更准确，应选用量程0100mA的电流表(2)调节电阻箱时按照先调大再调小的原则，旋转各旋钮的正确操作顺序是(或)(3)Rt图象如图所示由Rt图象知，R0.04t8.8.4某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V、内阻约为3k的电压表和量程为0.6A、内阻约为0.1的电流表采用分压电路接线，图24甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5.图24(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接_(填a或b)、导线连接_(填c或d)(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为_.U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项)A连接a，连接cB连接a，连接dC连接b，连接cD连接b，连接d答案(1)ad(2)见解析图4.6(4.44.7均可)(3)B解析(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线连接a，导线连接d；(2)建立坐标系描点连线如图所示，则R14.5；(3)设R1的边长为l，厚度为h，电阻率为，根据电阻定律，得R1，R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应连接a，连接d，选项B正确5用以下器材测量待测电阻Rx的阻值A待测电阻Rx：阻值约为200；B电源E：电动势为3.0V，内阻可忽略不计；C电流表A1：量程为010mA，内电阻r120；D电流表A2：量程为020mA，内电阻约为r28；E定值电阻R0：阻值R080；F滑动变阻器R1：最大阻值为10；G滑动变阻器R2：最大阻值为200；H单刀单掷开关S，导线若干(1)为了测量电阻Rx，现有甲、乙、丙三位同学设计了以下的实验电路图(如图25)，你认为正确的是_；(填“甲”、“乙”或“丙”)图25(2)滑动变阻器应该选_；在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于_端；(填“a”或“b”)(3)若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2.则Rx的表达式为：Rx_.答案(1)乙(2)R1b(3)解析(1)所给的三个电路图中，乙图可明确确定两支路的电流值和含有电流表的支路的电阻值，由此可确定待测阻值故乙图正确(2)因乙图为滑动变阻器的分压式接法，则应用小阻值的变阻器故应选R1，闭合开关前要让测量电路电压由小变大，故滑片P应置于b端(3)由并联电路特点：Rx(I2I1)(R0r1)I1得：Rx.