2019年高考物理双基突破：专题16-实验：决定导线电阻的因素（精讲）

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1、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lS RSl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

2、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。lS d245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

3、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（

4、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。UI（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 R x 。Sl d2U4lI7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

5、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：R x（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：A 1（量程 0.6 A，内阻约 0.2 ） ；A2（量程 3 A，内阻约 0.05 ） ；电源：E 1（电动势 3 V，内阻不计） ；E2（

6、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）A 1 E 1 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

7、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）A 1 V

8、1 R 1 （2）见解析图 （3） RUI（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 Rx R。 UI【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

9、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）B 0.410 （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

10、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 Rx 58.7 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RVRA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

11、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）0.100.200.300.40 0.500.60I（A） 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28（A 11I）2.04 2.33 2.63 3.03 3.23 3.57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1Ik_ （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

12、 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） 。1I【答案】 （1）0.400 （2）图线见解析图 1.110 6 1.44Ed2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 ，SxS EI 1Ix d24联立解得 ：k 4Ed2 1Ix代入数据得：k 33.6 1.80.6联立解得电阻率为：kEd24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

13、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

14、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）5.01 5.315 （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，S 2 拨

15、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，R 2R 圆柱体 ，所以 R 圆柱体 1 280 。 ER1 R r【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： （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“R 1”或“R 2”） ，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

16、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）R 1 分压 （3）见解析图 （4） （5）1.205 mm（1.203 D24L 0RIUmm1.207 mm 均正确）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（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 Rx R 0，由电阻定律有 Rx ，联立解得 。UI LS LD24 D24L 0RIU（5）螺旋测微器的读数为 1 mm0.0120.5 mm1.205 mm。