2020版物理新攻略总复习北京专用精练：第十章　第3讲　实验：测量金属的电阻率 WORD版含解析.docx

1、第3讲实验:测量金属的电阻率A组基础巩固1.现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率,现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图a和图b所示。(1)由图读得圆柱体的直径为mm,长度为cm。(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为U,圆柱体的直径和长度分别用D、L表示,则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为=。答案(1)1.844(在1.8421.846范围内均可)4.240(2)D2U4IL解析(1)由题图a知,圆柱体的直径为1.5 mm+34.40.01 mm=1.844 mm,长度为42

2、 mm+80.05 mm=42.40 mm=4.240 cm。(2)由I=UR,R=LS及S=D22得 =D2U4IL。2.(2017东城期末)实验室有一捆规格为“100 m,0.5 mm2”的铜导线,已经用去了一部分,一同学想用伏安法测量剩余导线的电阻。(1)他查得铜的电阻率为1.710-8 m。他可以用公式计算出整捆导线的电阻为;(2)他从实验室借来如下器材,想分别用电流表内接法和外接法测量铜导线的电阻:电流表:量程00.6 A,内阻约为0.2 ;电压表:量程03 V,内阻约9 k;滑动变阻器R1:最大阻值5 ;滑动变阻器R2:最大阻值200 ;电源:电动势4.5 V,内阻可不计;开关、导

3、线若干。回答下列问题:请你用笔画线代替导线在图1中完成电路连线。要求用电流表外接法、滑动变阻器分压式接法。图1按中所连电路实验时滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”),闭合开关前应将滑片移至端(选填“a”或“b”)。他将分别用电流表内接法和外接法得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图2所示。在图2中由电流表外接法得到测量图线是(选填“甲”或“乙”),你的判断依据是。图2答案(1)R=LS3.4(2)图见解析R1b乙电流表外接时,测得的电阻值偏小解析(1)由公式R=LS,代入数值得电阻阻值R=3.4 ;(2)如图所示由于用滑动变阻器采用分压式接法,所以从方便调节的角度考虑,滑动变阻器选最大阻

4、值较小的R1;为保护电路中元件,闭合开关前,滑片应移至b端,使导线两端电压为零。因为电流表外接时,测得的电流值偏大,由R=UI可知电阻值偏小,对应图线乙。3.(2018海淀一模)在“测量金属的电阻率”的实验中,金属丝的阻值约为5 ,某同学先用刻度尺测量金属丝的长度l=50.00 cm,用螺旋测微器测量金属丝直径时,刻度位置如图1所示,再用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。图1该电阻丝直径的测量值d= mm;实验中能提供的器材有:A.电压表V1(量程03 V,内阻约3 k)B.电压表V2(量程015 V,内阻约15 k)C.电流表A1(量程03 A,内阻约0.01

5、 )D.电流表A2(量程00.6 A,内阻约0.1 )E.滑动变阻器R1(020 )F.滑动变阻器R2(0500 ) G.电源E(电动势为3.0 V)及开关和导线若干该同学从以上器材中选择合适的器材连接好电路进行测量,则电压表应选择,电流表应选择,滑动变阻器应选择(选填各器材前的字母)。要求在通过金属丝的电流相同情况下,电源消耗功率最小,并能较准确地测出电阻丝的阻值,实验电路应选用图。该同学建立U-I坐标系,如图2所示,图中已标出了与测量数据对应的五个坐标点,还有一次测量的电压表和电流表示数如图3所示,请根据测量数据将坐标点补全,并描绘出U-I图线。由图线数据可计算出金属丝的电阻为 (保留两位

6、有效数字)。设被测金属丝电阻为R,则该金属材料电阻率的表达式是(用题目给出的物理量符号表示)。图2图3实验中使用的电流表内阻为RA,电压表内阻为RV,若考虑电流表和电压表内阻的影响,图2U-I图像中图线斜率k与该金属材料的电阻率的关系是k=(用题目给出的物理量符号表示)。答案0.233(0.2310.235)ADE丁如图所示5.2(5.1 5.5)=Rd24l4RVld2RV+4l解析固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为23.30.01 mm=0.233 mm。电源电动势为3 V,电路中电流最大值约为I=ER=0.6 A,所以选择电压表V1、电流表A2。为了便于调节,滑动变阻器选择R1。由于

7、RVRxRxRA,所以电流表采用外接法。滑动变阻器采用限流式接法电源消耗功率小;电流表采用外接法能较准确地测出电阻丝的阻值,故实验电路选图丁。由U-I图像斜率求出金属丝电阻,由lS=R,S=d24得出=Rd24l。k=UURV+UR=RVRRV+R,R=lS,S=d24,代入得k=4RVld2RV+4l。B组综合提能1.(2018门头沟一模)在常温下“测量金属的电阻率”的实验中,所用测量仪器均已校准。(1)用米尺测量金属丝的长度,如图甲所示,测量值为 cm;用螺旋测微器测金属丝的直径,如图乙所示,测量值为 mm。甲(2)用图丙所示电路测量电阻丝的电阻Rx时,以下滑动变阻器应选择(用滑动变阻器前

8、面的字母表示)。A.滑动变阻器R1(0200 ,额定电流2 A) B.滑动变阻器R2(05 ,额定电流2 A)(3)实验测得电阻的阻值为2.4 ,该测量值比实际值偏(选填“大” 或“小”),由于图丙所示的电流表外接而导致的测量电阻的误差,属于(选填“偶然误差” 或“系统误差”)。(4)根据以上数据可知被测电阻是表中的哪种材料。表:几种导体材料常温时的电阻率材料银铜钨铁镍铬合金(m)1.610-81.710-85.310-81.010-71.010-6(5)若按图丁所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的误差。利用该电路进行实验的主要操作过程是:第一步:先将R2的滑动触头调到最左端,单刀双

9、掷开关S2向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1;丁第二步:保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变,将单刀双掷开关S2向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2;请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式Rx=。答案(1)49.9549.980.495(0.4920.497)(2)B(3)小系统误差(4)镍铬合金(5)U1I1-U2I2解析(1)刻度尺和螺旋测微器读数时都要估读。(2)分压电路,RP选总阻值小的易调节。(3)电流表外接,U测正常 ,I测偏大,则R测=U测I测偏小,属于系统误差。(4)

10、根据R=LS,得=RSL=2.40.49510-32249.9510-2m=9.210-7 m对照表格知是镍铬合金。(5)S2掷向1,则:U1I1=Rx+(R1滑+RA)(R1滑为滑片左边电阻)S2掷向2,则:U2I2=R1滑+RA解得Rx=U1I1-U2I22.在“测量金属的电阻率”实验中,图1(1)利用螺旋测微器测量合金丝的直径d。某次测量时,螺旋测微器的示数如图1所示,则该合金丝直径的测量值d=mm。(2)若测出合金丝长度为L,直径为d,电阻为R,则该合金电阻率的表达式=。(用上述字母和通用数学符号表示)(3)按图2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

11、材:A.待测合金丝Rx(接入电路部分的阻值约5 )B.电源(电动势4 V,内阻不计)C.电流表(03 A,内阻约0.01 )D.电流表(00.6 A,内阻约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1 A)G.滑动变阻器(0100 ,允许通过的最大电流0.3 A) H.电阻箱R0(099 999.9 )为了测量准确、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)(4)按图2所示的电路图测量合金丝的电阻Rx,开关闭合前应将滑动变阻器的滑片P置于端(选填“a”或“b”)。(5)甲同学按照图2电路图正确连

12、接好电路,将电阻箱接入电路的阻值调为R0=14 500 ,改变滑动变阻器接入电路的电阻值,进行多次实验,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3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)。图2图3(6)乙同学选择同样的器材,按图4所示电路测量合金丝的阻值Rx,保持电阻箱接入电路的阻值不变。在不损坏电表的前提下,他将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,灵敏电流计G的示数IG和电流表A的示数IA也随之增加,图5反映IG-x和IA-x关系的示意图中可能正确的是。图4图5答案(1)1.170(说明1.1681.17

13、2之间均可得分)(2)Rd24L(3)DF(4)b(5)4.5(说明:4.34.7之间均可得分)(6)A解析(1)固定刻度读数为1 mm,可动刻度读数为17.00.01 mm,则螺旋测微器的读数为1 mm+17.00.01 mm=1.170 mm。(2)因为R=LS,S=(d2)2所以=Rd24L(3)电流表所在电路中的最大电流约为I=4V5=0.8 A,所以电流表选D,滑动变阻器选F。(4)闭合S前,要求测量电路的分压为零,故滑动变阻器的滑片P应置于b端。(5)由题图2得IG15 000 =(IA-IG)Rx,即IG=Rx15 000+RxIA,由题图3可知IG-IA图线的斜率k=15010-60.5,即Rx15 000+Rx=15010-60.5,则Rx=4.5 。(6)在x较小时,随x的增大,灵敏电流计G和电流表A的示数变化不大;当x大到滑动变阻器分压部分的电阻大于Rx后,随x的增大,上述两电表的示数会迅速变大,只有A图呈现这样的变化,故选A。