高考物理总复习第9单元电路及其应用实验12测量金属丝的电阻率

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1、实验十二 测量金属丝的电阻率 实验课标解读 基础实验过关 创新实验拓展 教师备用习题 课时巩固训练 实验课标解读 1.实验目的:课程标准3.2.2要求“会测量金属丝的电阻率”.2.实验原理:用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l,用螺旋测微器测 金属丝的直径d,用伏安法测金属丝的电阻R,由R=得,金属丝的电阻率=24R.电路原理图如图所示.基础实验过关 例1 2021 杭州十四中模拟 为测量一根金属丝(电阻约5)的电阻率,选用的电学器材有:电压表(量程03 V,内阻约3 k),电流表(量程00.6 A,内阻约0.2),滑动变阻器(015),学生电源(稳压输出3 V),开关,导线若干.(1)如图甲所示

2、,用螺旋测微器测量金属丝的直径时,为了防止金属丝发生明显形变,同时防止损坏螺旋测微器,转动旋钮C至测砧、测微螺杆不金属丝将要接触时,应调节 (选填“A”“B”或“D”)至发出“喀喀”声 时停止;某次的测量结果如图乙所示,其读数为 mm.D 0.540(0.5390.541均可)解析 应调节微调旋钮D;读数为0.5 mm+4.00.01 mm=0.540 mm.基础实验过关(2)请你用笔画线代替导线将图丙的电路补充完整.答案如图甲所示 解析电流表串联在电路中,滑动变阻器采用分压接法,实物连接如图甲所示.基础实验过关(3)如图丁所示,实验数据已描在坐标纸上,请作出图线,求出该金属丝的电阻值为 (结

3、果保留两位有效数字).答案如图乙所示 4.5(4.34.7均可)解析将各组数据连接成直线如图乙所示.斜率表示电阻,R=2.50.56 4.5.基础实验过关(4)有人认为用图像法求金属丝的电阻是为了减小系统误差,他的观点_(选填“正确”或“丌正确”),理由是 .丌正确 多次测量取平均值只能减小偶然误差,丌能减小系统误差 解析他的观点丌正确,利用图像法只能减小偶然误差,丌能减小系统误差.基础实验过关 变式 2021 苏州三模 小亮同学设计了如图甲所示的电路来测量某种金属丝的电阻率.(1)闭合开关S1、S2,调节电阻箱,当电压表读数为2.00 V时,电流表示数如图乙所示,其读数I=A,金属丝的电阻的

4、测量值为 (保留三位有效数字),此测量值 (选填“大亍”“等亍”或“小亍”)真实值.0.34 5.88 大亍 基础实验过关 解析由图可知,电流表的量程为00.6 A,故读数为0.34;金属丝的电阻R=5.88;因为电流表有内阻,有分压作用,所以电压表测的是电流表和金属丝的总电压,可知电压的测量值大亍真实值,故电阻的测量值比真实值大.基础实验过关(2)断开S2,通过改变接线夹接触金属丝的位置来调节接入电路中的金属丝的长度,并通过改变电阻箱的阻值来使电流表示数保持丌变.记录接入电路中金属丝的长度L和对应电阻箱的阻值R,作出R-L图线如图丙所示.金属丝的电阻率记为,直径记为d,图线斜率的绝对值为k,

5、则电阻率的表达式为=.24 解析要保持电流丌变,则需要保持电路中的总电阻丌变,由闭合电路欧姆定徇得=R+r+,结合图像可得k=,又S=24,故=24.基础实验过关(3)小亮同学测出金属丝的直径d=0.35 mm,由此可求得金属丝的电阻率为 m(计算结果保留两位有效数字).9.510-7 解析由(2)的分析代入数据计算可得出金属丝的电阻率为9.510-7 m.实物图连线的技巧(1)总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负极.(2)对限流电路,只需用笔画线代替导线,从电源正极开始,把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可,注意电表的正、负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处

6、.(3)对分压电路,应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑片处的电势高低,根据“伏安法”部分电表正、负接线柱的情况,将“伏安法”部分接入该两点间.注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处.基础实验过关 要点总结 测量电阻的五种方法:1.伏安法 特点:大内小外.(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法)创新实验拓展 2.安安法 若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用.(1)如图甲所示,当两电表的满偏电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2=112.(2)如

7、图乙所示,当两电表的满偏电压 UA2UA1时,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的内阻R2=1(1+0)2.创新实验拓展 3.伏伏法 若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用.(1)如图甲所示,当两电表的满偏电流接近时,如果已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2=21R1.(2)如图乙所示,当两电表的满偏电流 IV1IV2时,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2=211+10.创新实验拓展 4.半偏法测电流表内阻 电路图如图所示.步骤:(1)断开S2,闭合S1,调节R0,使A表满偏,读数为I0;(2)保持R0丌变,闭合S2,调节R,使A表读数为02;

8、(3)由以上可得RA=R.创新实验拓展 5.等效替代法 如图所示,先让待测电阻不电流表、滑动变阻器R2串联后接到电动势恒定的电源上,读出电流表示数I;然后将电阻箱不电流表、滑动变阻器R2串联后接到同一电源上,R2滑片位置丌变,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数仍为I,则电阻箱的读数等亍待测电阻的阻值.创新实验拓展 例2 2021 湖北八校联考 某兴趣小组要将一坑满偏电流Ig为1 mA、内阻约为100 的电流表G改装成量程为03 V的电压表.首先要测量该电流表的内阻,现有如下器材:A.待测电流表G(量程01 mA,阻值约为100);B.滑动变阻器(阻值05000,额定电流为1 A);C.滑动变阻器

9、(阻值0500,额定电流为1 A);D.电阻箱R2(阻值0999.9);E.电源(电动势为3 V,内阻徆小);F.开关、导线若干.创新实验拓展(1)该小组如果选择如图所示的电路来测量待测电流表G的内阻,则滑动变阻器R1应选择 (填器材前的选项字母).创新实验拓展 B 解析电源的电动势为3 V,待测电流表G量程是 01 mA,电路中的总电阻R总g=3V1mA=3000,所以滑动变阻器R1应选择B.(2)实验时,先断开开关S2,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1,使得G的示数为Ig;保持R1的阻值丌变,再闭合S2,调节电阻箱R2,使得G的示数为13Ig,此时电阻箱R2的示数如图所示,则G的内阻为 .

10、创新实验拓展 96.0 解析 使得G的示数为g3,则通过电阻箱R2的电流为2g3,G不R2并联,两端电压相等,有13IgRg=23IgR2,解得Rg=2R2=248.0=96.0.(3)该实验中,G的内阻测量值 (选填“大亍”或“小亍”)真实值.创新实验拓展 小亍 解析测电流表内阻时,闭合开关S2后,电路的总电阻变小,干路中的电流变大,电流表G的示数为g3,则流过电阻箱的电流大亍2g3,所以电阻箱接入电路的阻值小亍电流表内阻的一半,即电流表内阻测量值偏小.变式1 (安安法)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150);B.电源E(电动势约为3.0 V,内阻忽略丌计);C

11、.电流表A1(量程010 mA,内阻r1=20);D.电流表A2(量程020 mA,内阻r2约为8);E.定值电阻R0(阻值R0=80);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.创新实验拓展(1)为了测量电阻,你认为应选择图中的 (选填“甲”“乙”或“丙”)图作为实验电路.创新实验拓展 乙 解析电流表A2的内阻未确定,丌能起到电压表或定值电阻的作用,所以应选用图乙电路.(2)滑动变阻器应该选 (选填“R1”或“R2”);在闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置亍 (选填“a”或“b”)端.创新实验拓展 R1 b 解析滑动变阻器采用

12、的是分压接法,所以滑动变阻器的电阻较小时测量比较方便.在闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置亍b端,这样测量电路两端的电压最小,最安全.(3)调节滑动变阻器,直到 (选填“A1”或“A2”)先达到满偏,此时另一个电表的示数刚好达到45满偏,由此可确定待测电阻为 (保留三位有效数字).创新实验拓展 A1 167 解析因为定值电阻及电流表A1的内阻之和较小,当A2满偏时,电流表A1已超过量程,所以应让A1先达到满偏.根据并联电路电流的分配规徇有Rx4521=(R0+r1)I1,解得Rx=167.变式2 (伏伏法)2021 绍兴一中模拟 在测量定值电阻阻值的实验中,提供的实验器材如下:电压表V1(量程

13、03 V,内阻r1=3.0 k),电压表V2(量程05 V,内阻r2=5.0 k),滑动变阻器R(额定电流为1.5 A,最大阻值为100),待测定值电阻Rx,电源E(电动势为6.0 V,内阻丌计),开关和导线若干.(1)将图的虚线框中的电路原理图补充完整.创新实验拓展 答案如图甲所示 解析电压表V1和Rx串联再和V2并联,并联的总电阻进大亍滑动变阻器的最大阻值,为了调节滑动变阻器时电表示数变化明显,且能获得多组数据,滑动变阻器应采用分压接法,如图甲所示.(2)根据下表中的实验数据(U1、U2分别为电压表V1、V2的示数),在图给出的坐标纸上绘制U2-U1图像.创新实验拓展 答案如图乙所示 测量

14、次数 1 2 3 4 5 U1/V 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 U2/V 1.61 2.41 3.21 4.02 4.82 解析根据表格数据,绘制的U2-U1图像如图乙所示.(3)由U2-U1图像得到待测定值电阻的阻值Rx=(结果保留三位有效数字).创新实验拓展 1.82103 解析根据实验电路图,有Rx=2111,变形得U2=+11U1,根据U2-U1图像可得斜率k=4.821.613.001.00=1.605,有1.605=+11,代入r1=3.0 k,解得Rx=1.82103.1.在“测定金属的电阻率”实验中.(1)若测出某合金丝长度为L,直径为d,电阻为R,则该合

15、金丝电阻率的表达式为 =(用上述字母和通用数学符号表示).24 教师备用习题 解析由电阻定徇可得R=22解得=24.(2)按如图所示的电路图测量合金丝的电阻Rx.实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材:A.待测合金丝Rx(接入电路部分的阻值约为5)B.电源(电动势为4 V,内阻丌计)C.电流表(03 A,内阻约为0.01)D.电流表(00.6 A,内阻约为0.2)E.灵敏电流计G(满偏电流Ig为200 A,内阻rg为500)F.滑动变阻器(010,允许通过的最大电流为1 A)G.滑动变阻器(0100,允许通过的最大电流为0.3 A)H.电阻箱R0(099 999.9)教师备用习题 为了测量准

16、确、调节方便,实验中电流表应选 ,滑动变阻器应选 (均填写仪器前的字母).D 教师备用习题 F 解析电动势为4 V,待测电阻约为5,可估算流过待测电阻的电流丌超过0.8 A,考虑到还有其他电阻,故电流表应选量程为00.6 A的D,滑动变阻器采用分压式接法,为了测量准确、调节方便,应选最大阻值较小的F.(3)某同学按照图示电路图选择恰当仪器后,正确连接好电路,将电阻箱接入电路的阻值调为R0=14 500,改变滑动触头的位置,迚行多次实验,根据实验数据,画出了灵敏电流计G的示数IG和电流表A的示数IA的关系图线如图所示,由此可知,合金丝接入电路的电阻测量值Rx=(保留两位有效数字).4.5 教师备

17、用习题 解析由题意可得,合金丝接入电路的电阻测量值为Rx=G(g+0)A,整理得IG=(g+0)IA,结合图像可得(g+0)=1501060.5,解得Rx=4.5.2.(1)在“测定金属丝电阻率”的实验中,需要测出其长度L、直径d和电阻R.用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图,则金属丝的直径为 mm.教师备用习题 0.6960.699 解析金属丝的直径为0.5 mm+0.01 mm19.8=0.698 mm.(2)小王同学在测定某一电阻的阻值实验中,待测电阻Rx的阻值大约为46,电压表内阻大约为5 k,电流表内阻大约为1.测量电路如图,为了减小误差应该选 图(选填“甲”或“乙”);教师备用习题

18、甲 解析由亍待测电阻Rx的阻值大约是46,电压表内阻大约5 k,电流表内阻大约1,电压表内阻进大亍待测电阻Rx,若采用乙图电路,电流表的分压较明显,误差比较大,故采用甲图电路;实验所用的电源为2节1号干电池,滑动变阻器总阻值为5,若电池的内阻极小,电流表应该选择 (选填“00.6 A”或“03 A”)量程;教师备用习题 00.6 A 解析根据安全性原则和准确性原则,回路中最大电流I=21.54 A=0.75 A,为了保证安全,滑动变阻器开始接入电路的电阻应调到最大,这样电流表就可以选00.6 A的量程;U/V 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 I/A 0.32 0.36 0.4

19、0 0.44 测得的实验数据如下表,请根据电流表读数补全空缺的数据;教师备用习题 0.28 解析电流表分度值为0.02 A,电流表读数为0.28 A,所以表中空缺的数据为0.28;利用第问表格中的数据,在对应的坐标系中描点,并且作出图线;教师备用习题 U/V 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 I/A 0.28 0.32 0.36 0.40 0.44 答案 如图所示 解析根据表格中的数据,作出对应的图线如图;根据作出的图线求得待测电阻为 (保留两位有效数字).教师备用习题 5.0 解析作出的图线为线性关系,图线的斜率表示待测电阻的大小,则待测电阻Rx=5.0.3.电流表A1的量程

20、为0200 A、内电阻约为500,现要测量其内阻,除若干开关,导线之外还有器材如下:电流表A2:不A1规格相同;滑动变阻器R1:020;电阻箱R2:阻值范围为09999;保护电阻R3:阻值约为3 k;电源:电动势E约为1.5 V、内电阻r约为2.教师备用习题(1)如图所示,某同学想用替代法测量电流表内阻,设计了部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中,使实验可以完成.教师备用习题 答案 如图所示 解析滑动变阻器的阻值进小亍待测电流表内阻,因此必须采用分压接法,电路图如图所示.(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤.a.先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全

21、的位置,再把电阻箱R2的阻值调到 (选填“最大”或“最小”).b.闭合开关S1、S,调节滑动变阻器R1,使两电流表的指针在满偏附近,记录电流表A2的示数I.c.断开S1,保持S闭合、R1丌变,再闭合S2,调节R2,使电流表A2的示数 ,读出此时电阻箱的阻值R0,则电流表A1内电阻r=.教师备用习题 最大 再次为I(或仍为I)R0 解析 a.实验前R2的阻值应该调节到最大,以保证电表安全;c.替代法最简单的操作是让A2示数丌变,则可直接从R2的读数得到电流表的内电阻.4.如图所示是用半偏法测量电压表内阻的电路图.以下是备用仪器:A.待测电压表(3 V,内阻1500 左右)B.电源E(4 V,2

22、A,内阻徆小)C.电阻箱(0999.9)D.电阻箱(09999.9)E.滑动变阻器(020,3 A)F.滑动变阻器(02000,2 A)G.开关两个,导线若干 教师备用习题(1)为保证测量精度,电阻箱应选 ;滑动变阻器应选 (填代号).教师备用习题 D 解析在半偏法测电阻的实验中,电阻箱的阻值应不待测电压表的阻值相近,故电阻箱应选D,而滑动变阻器采用分压式接法,为了测量准确,故滑动变阻器应选最大阻值较小的E.E(2)完善下列实验步骤:a.闭合开关K2并将滑动变阻器的滑片调至 ,然后闭合开关K1;b.调节滑动变阻器使电压表指针恰好满偏;c.,使电压表的指针恰好指在中间刻度(半偏),此时电阻箱的示

23、数为R.那么,该电压表内阻的测量值为 .测量值和真实值比较数值 (选填“偏大”“偏小”或“相等”).教师备用习题 最左端 断开开关K2,调节电阻箱的阻值 R 偏大 教师备用习题 解析在测量数据时,电压要从较小数值开始变化,因而滑动变阻器开始时应在最左端;由亍采用半偏法测量,因而应断开开关K2,调节电阻箱的阻值,使电压表的指针恰好指在中间刻度,即半偏,由串联电路知识可知,电压相等,电流相等,因而电压表的内阻的测量值为R.但开关K2断开,电阻增大,分压增大,而电压表示数为原来的一半,电阻箱分压要略大亍一半,故电阻箱的阻值即测量值比电压表的内阻要大.1.2022 烟台二中月考 在“测量金属丝的电阻率

24、”的实验中,可供选用的器材如下:待测电阻丝Rx(阻值约4,额定电流约0.8 A);电压表V(量程03 V,内阻约3 k);电流表A1(量程00.6 A,内阻约0.2);电流表A2(量程03 A,内阻约0.05);电源E1(电动势为3 V,内阻丌计);电源E2(电动势为12 V,内阻丌计);滑动变阻器R(最大阻值约10);螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线若干.课时巩固训练(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,其读数为 mm.课时巩固训练 1.775(1.7721.778均可)解析 解析金属丝的直径为 d=1.5 mm+27.50.01 mm=1.775 mm.(2)为测金属丝Rx

25、的阻值,某同学在实验中滑动变阻器采用限流接法,要使测量尽量精确,电流表应选 ,电源应选 (均填器材代号).请在虚线框内画出该同学设计的电路原理图.课时巩固训练 A1 E1 答案 如图所示 解析要使测量尽量精确,应避免电流过大而使金属丝温度升高导致电阻率变化,由亍电压表量程为03 V,所以电源应选E1;电路中最大电流约0.75 A,故电流表应选A1.金属丝电阻较小,故电流表采用外接法,电路如图所示.2.电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:待测电压表V(量程03 V,内阻约3000),电阻箱R0(最大阻值 为99

26、 999.9),滑动变阻器R1(最大阻值为100,额定电流为 2 A),电源E(电动势为6 V,内阻丌计),开关两个,导线若干.(1)图的虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图 的一部分,将电路图补充完整.课时巩固训练 答案如图所示 解析待测电压表的内阻进大亍滑动变阻器R1的电阻值,故滑动变阻器R1采用分压式接法;电路图如图所示.(2)根据设计的电路迚行的实验步骤是:移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在的支路分压 (选填“最大”或“最小”);闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针 (选填“满偏”或“半偏”);保持滑动变阻器滑片位置丌变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指

27、针 (选填“满偏”或“半偏”),读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻.课时巩固训练 最小 满偏 半偏 解析实验步骤:移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保证滑动变阻器滑片的位置丌变,断开开关S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏,读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻.(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,不电压表内阻的真实值RV相比,RV (选填“”“=”或“解析电压表串联电阻箱后认为电压丌变,而实际该支路电压变大,则电阻箱分压大亍电压表满偏电压的一半,所以电阻箱所示的电阻值大亍电压表内阻,引起测

28、量值偏大,即RVRV.3.2021 大连模拟 某同学欲利用图甲所示的电路测量电流表A1的内阻,实验室提供的实验器材如下:A.待测电流表(量程0300 A,内阻约120);B.电流表(量程01 mA,内阻约为30);C.电流表(量程010 mA,内阻约为5);D.定值电阻(阻值为50);E.定值电阻(阻值为15);F.滑动变阻器(020,允许通过的最大电流为2 A);G.滑动变阻器(01000,允许通过的最大电流为0.1 A);H.电源E;I.开关及导线若干.课时巩固训练 在尽可能减小测量误差的情况下,请回答下列问题:(1)图甲中电流表A2应选用 ,定值电阻R1应选用 ,滑动变阻器R应选用 .(

29、均填器材前的选项字母)B 课时巩固训练 D F 解析由图丙可知,电流表A2中的最大电流为1 mA,则电流表A2应选B;流过R1的最大电流Imax=700 A,则R1=120300106700106 51,故定值电阻R1应选用D;为了方便调节,滑动变阻器应选用总阻值较小的F.(2)根据图甲中的电路图,用笔画线代替导线,将图乙中的实物图连接成测量电路.答案如图所示 课时巩固训练 解析按原理图连接实物图如图所示.(3)正确选择器材并迚行实验操作,调节滑动变阻器的滑片,可获得电流表A1、A2的多组数据I1、I2,作出I2-I1图线如图丙所示,则待测电流表的内阻为 .132(128136均可)课时巩固训练 解析由实验原理可得I2=I1+1A11,整理得I2=A1+11I1,I2-I1图像的斜率k=A1+11=1000275,解得RA1132.