2018高考物理大一轮复习方案课件：实验九 测定金属的电阻率 共80张 精品

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[答案] (1)图略 1.3×10－6 (2)电流表的内阻 [解析] (1)根据电阻定律得 R＝ρSx，由欧姆定律得 R＝UI －R A，联立得UI ＝Sρ·x＋R A，由图 像的斜率 k＝Sρ，可求得电阻丝的电阻率 ρ＝kS＝1.3×10－6 Ω·m.
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■ 注意事项 作图像时，应使大多数的点在直线或平滑的曲线上，不在线上的点尽量均匀分布在直线的 两侧，误差较大的点舍去不用．在 U-I 图像中，图线的斜率表示电阻值的大小．
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 U-I 图线．由
图线得到金属丝的阻值 Rx＝________ Ω.(保留两位有效数字)
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(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________． A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m (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．ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ列关于误差的说法中正确 的是________． 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．由于电流表和电压表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，可以消除由电表引起的系统误差 D．用 U-I 图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
图 S9-2
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(1)测量玻璃管内径时，应将图乙中的游标卡尺中的 A、B、C 三部分中的________(选填 “A”“B”或“C”)与玻璃管内壁接触． (2)玻璃管的内径 d＝________mm. (3)在图丁中作出该电阻的 U-I 图线，并求得该段水的电阻 R＝________kΩ(要求保留两位 有效数字)，若已知 R、d、L，则该段水的电阻率 ρ＝________(用符号表达式表示)． (4)在图戊中完成能测出图丁数据的实物连接图． (5)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应先滑到________(选填“A”或“B”)端．
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[答案] (1)1210 小于 (2)如图所示
[解析] (1)正常工作时电压为额定电压，故有 P＝UR2，所以 R＝UP2＝1210 Ω；灯泡在正常工 作时发热，灯丝电阻率增大，电阻增大，因而用欧姆挡测量时阻值应小于正常工作时的电 阻值． (2)应用替代法．因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作的电阻值，故应串联一定值电阻， 电路原理图如图所示．
图 S9­8
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例 3 电学实验中经常需要测量电阻的阻值． (1)测电阻的方法有很多种，现在提供一只标有“220 V 40 W”的灯泡，它正常工作时的电 阻 为 ________ Ω. 若 用 多 用 电 表 欧 姆 挡 来 测 量 这 只 灯 泡 的 电 阻 ， 则 测 出 的 电 阻 值 ________(选填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值． (2)用下列器材设计一个实验，测量该灯泡正常工作时的电阻值． A．220 V 交流电源 B．单刀双掷开关一个 C．电阻箱一个(0～999.9 Ω，额定电流 0.5 A) D．定值电阻一个(0.5 kΩ，额定电流 0.3 A) E．交流电流表一个(0～0.3 A) 请在虚线框内画出电路原理图．
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考点二 数据处理与误差分析
1. 测定金属的电阻率的数据处理 (1)公式法求电阻：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电 压取平均值． (2)图像法求电阻：作出 U-I 图像，由图像的斜率求出电阻值．在设定标度时要尽量使各点 间的距离拉大一些，连线时要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． 2．测定金属的电阻率的误差分析 (1)金属丝的直径测量是产生误差的主要来源之一． (2)采用伏安法测电阻时，电表的内阻会带来系统误差． (3)在测量长度、电流、电压的过程中，测量工具读数时会带来偶然误差． (4)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成误差．
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[答案] (1)0.397(0.395～0.399均可) (2)甲 (3)如图甲所示 (4)如图乙所示 4.5(4.3～4.7均可) (5)C (6)CD
[解析] (1)固定刻度读数为 0，可动刻度读数为 39.7，所测直径为 0＋39.7×0.01 mm＝0.397 mm. (2)由记录数据根据欧姆定律可知金属丝的电阻 Rx 约为 5 Ω.则有RRAx＝05.1＝50，RRVx＝30500＝ 600，Rx 为小电阻，采用电流表外接法误差较小．由表中数据知电压、电流从接近 0 开始 调节，所以滑动变阻器应该采用分压接法．
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(3)将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝的有效长 度 l. (4)闭合开关 S，改变滑动变阻器滑片的位置，测出多组电流表、电压表的读数． (5)采用计算法或采用图像法求电阻 R. (6)把测量数据代入电阻率公式 ρ＝πR4ld2，计算出金属的电阻率．
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考向二 半偏法测电流表内阻 电路图如图 S9-9 所示．
图 S9-9 步骤： (1)断开 S2，闭合 S1，调节 R0，使 A 满偏，示数为 Ig； (2)保持 R0 不变，闭合 S2，调节电阻箱 R，使 A 的示数为I2g； (3)则 RA＝R.
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例 4 [2015·全国卷Ⅱ] 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 3 V，内阻约为 3000 Ω)，电阻箱 R0(最大阻值为 99 999.9 Ω)，滑动变 阻器 R1(最大阻值 100 Ω，额定电流 2 A)，电源 E(电动势 6 V，内阻不计)，开关两个，导 线若干 (1)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．
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例 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 50 cm. (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 S9-3 所示，其读数应为 ________ mm.(该值接近多次测量的平均值)
图 S9-3
(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 3 V，内阻约 1 Ω)、电流 表(内阻约 0.1 Ω)、电压表(内阻约 3 kΩ)、滑动变阻器 R(0～20 Ω，额定电流 2 A)、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：
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[答案] (1)A (2)6.75
(3)如图甲所示
8.0
Rπd2 4L
(4)如图乙所示 (5)A
[解析] 测量玻璃管的内径用内测量爪 A，游标尺一共 20 个格，每个格表示 0.05 mm，第 15 条刻线对齐，故游标尺的读数为 0.75 mm，主尺读数为 6 mm，故读数为 6.75 mm.因为 电流表内阻已知，故用内接法，作图像时，先描点，然后用直线连接，图线的斜率表示电 流表和河水的总电阻，用测得的电阻减去电流表的电阻就是河水的电阻，根据电阻定律 R ＝ρSL，S＝14πd2，R＝UI 联立可得 ρ＝R4πLd2.因为待测电阻远大于滑动变阻器的电阻，如果用 限流法，测量数据范围很小，因此用分压法．开始时待测电阻两端的电压应该最小，故滑 片移到 A 端．
图 S9-4
图 S9-5
图 S9-6
(3)图 S9-5 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 于变阻器的最左端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图 S9-5 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．
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立 U、I 坐标系，如图 S9-6 所示，图中已标出了与测量数
例 1 [2015·广东四校联考] 小华所在的实验小组设计了一个检测河水电阻率的实验．他在 一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极，如图 S9-2 甲所示，两电极相距 L，其 间充满待测的河水．安装前他用如图乙所示的游标卡尺(图为卡尺的背面)测量玻璃管的内 径，结果如图丙所示．他还选用了以下仪器：量程 15 V、内阻约为 300 kΩ 的电压表，量 程 3 mA、内阻为 2 kΩ 的电流表，最大阻值约为 50 Ω 的滑动变阻器，电动势 E 约为 12 V、 内阻 r 约为 2 Ω 的电池组，开关一个，以及导线若干．图丁中包括坐标为(0，0)的点在内 的 9 个点表示他测得的 9 组电流 I、电压 U 的值．实验中要求尽可能准确地测出该河水的 电阻． 根据以上材料完成以下问题：
一个、导线若干、毫米刻度尺．
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考点一 实验原理与实验操作
1．实验原理 由电阻定律 R＝ρSl 得 ρ＝RSl .金属丝的电阻 R 用伏安法测量，金属丝的长度 l 用毫米刻度尺 测量，金属丝的横截面积 S 可由其直径 d 算出，即 S＝π（d2）2，直径 d 可由螺旋测微器测 出． 2．实验步骤 (1)用螺旋测微器测金属丝的直径 d，计算出金属丝的横截面积 S. (2)按如图所示电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路(金属丝电阻很小，电流表用外接 法)，把滑动变阻器的滑片调到使接入电路中的电阻值最大的位置．
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考点三 同类实验拓展与创新
考向一 等效法测电阻
如图 S9-8 所示，先让待测电阻与一电流表及滑动变阻器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及滑动变阻器串联后接到同一电源上，保持滑 片不动，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．
实验九
测定金属的电阻率
考点互动探究│教师备用习题│课时巩固训练
一、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．掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法； 3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率． 二、实验器材
金属丝、螺旋测微器、电流表、_电__压__表___、直流电源、_滑__动__变__阻__器_、开关
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(3)如图甲所示． (4)描绘出第 2、4、6 三个点后可知第 6 次测量数据的坐标点误差太大，舍去，然后作出 U-I 图线．其中第 4 次测量数据的坐标点在描绘出的 U-I 图线上，有 Rx＝01..20200 Ω＝4.5 Ω(4.3～4.7 Ω 均可)． (5)根据电阻定律 Rx＝ρSl ，有 ρ＝RlxS＝4.5×3.14×00..53972×10－6 Ω·m＝1.1×10－6 Ω·m，故选 C. (6)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偶然误差；由于电流表和电 压表内阻引起的误差属于系统误差．
次数 1
2
3
4
5
6
7
U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30
I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520
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由以上实验数据可知，他们测量 Rx 是采用图 S9-4 中的________图(选填“甲”或“乙”)．
图 S9-7
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x/m 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 U/V 1.50 1.72 1.89 2.00 2.10 2.18 I/A 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28 UI /Ω 3.06 4.00 4.97 6.06 6.77 7.79 (1)根据表中数据在图(b)中作出UI -x 关系图像，利用该图像可求得电阻丝的电阻率 ρ ＝ ________Ω·m .(保留两位有效数字) (2)图(b)中UI -x 关系图像纵轴截距的物理意义是________________．
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变式题 某同学应用测定某电源的电动势 E、内阻 r 的电路来测定一段电阻丝的电阻率 ρ， 设计的电路如图 S9-7(a)所示．ab 是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R0 是阻值为 2 Ω 的保护电阻，滑动片 P 与电阻丝始终接触良好．实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径为 d＝0.400 mm.实验时，闭合开关 S，调节 P 的位置，记录 aP 长度 x 和对应的电压表示数 U、 电流表示数 I，并求得UI 的数值，如下表所示：