2021高考物理一轮复习实验十一测定金属丝的电阻率练习含解析鲁科版

高考物理一轮复习实验:
实验十一测定金属丝的电阻率
1.(2020·衡水中学模拟)某同学测量一金属导体的电阻率,如图甲所示,该导体横截面为空心的正方形。

外正方形的边长是内正方形边长的2倍且内正方形中空。

经粗略测量该金属导体电阻为5 Ω左右。

为了精确测量它的阻值R,以便进一步测出该材料的电阻率ρ,实验室备有下列器材。

A.电源E(电动势为3 V,内阻不计)
B.电流表A1(量程为0～1 A,内阻r1约为0.1 Ω)
C.电流表A2(量程为0～0.6 A,内阻r2=5 Ω)
D.滑动变阻器R0(阻值范围0～3 Ω)
E.开关S,导线若干
(1)请在图乙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图。

(2)做实验时,先把滑动变阻器滑片P滑动到A端,闭合开关S,滑动P到合适位置,记录电流表A1的读数I1,记录电流表A2的读数I2,可以求出金属导体电阻R=__________(用题中所给字母表示),然后滑动滑片,多次测量求平均值,可得到更精确阻值。

(3)该同学测得外正方形的边长为a,金属导体的长度为L。

用已经测得的物理量I1、I2、L、a 及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ=________。

【解析】(1)电路图如图所示。

(2)由并联知识和电阻定义式可知R=。

(3)该导体横截面积为S=a2-=a2
由电阻定律R=ρ可得,ρ=。

答案:(1)见解析(2)(3)
2.现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材:电流表G1(量程5 mA,内阻r1约为
150 Ω)
电流表G2(量程10 mA,内阻r2约为100 Ω)
定值电阻R1=100 Ω定值电阻R2=10 Ω
滑动变阻器R3(0～200 Ω)
干电池E(1.5 V,内阻未知)
单刀单掷开关S、导线若干
(1)定值电阻选________。

(2)如图所示,在虚线框中已画出部分实验电路设计图,请补充完整,并标明所用器材的代号。

(3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式为r1=________,式中各符号的意义是
__ ____________________。

【解析】(1)若选R2,则其阻值太小,电流过大,而R1与G1内阻相当,故选R1。

(2)电路图如图所示。

G2的示数减去G1的示数为通过R1的电流值。

(3)由并联电路特点得:I1r1=R1(I2-I1),r1=,I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数,R1表示定值电阻R1的阻值。

答案:(1)R1(2)电路图见解析(3)I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数,R1表示定值电阻R1的阻值
【加固训练】
中国机器人农民发明家吴玉禄(被誉为中国的特斯拉)只有小学文化,为了给他的机器人吴老二找一个可充电电池,他在废品站找到了一个像电池一样有两个电极的装置,上面标有“TNT”等字样,他高兴地拿回去充电,结果差点丢了性命。

如果你是他的儿女,为了安全起见,你能给他提出一些建议或帮助吗?
(1)经核实该电雷管全电阻值为6 Ω,其中电热丝阻值为5 Ω,引脚线长2 m,阻值为1 Ω,当通以0.45 A电流时约6 s爆炸,若吴玉禄用5.4 V的电压给它充电时理论上约________s爆炸(危险)。

(2)某兴趣小组发扬吴玉禄精神,用伏安法设计了一较准确测量上述单只电雷管电阻的电路。

准备了以下实验器材:
待测电雷管R x,炸药桶(保护作用,防爆破)
电流表A1:量程0.5 A、内阻约0.5 Ω
电流表A2:量程30 mA、内阻约30 Ω
电压表V1:量程30 V、内阻约10 kΩ
电压表V2:量程2 V、内阻约3 kΩ
滑动变阻器R:0～10 Ω
电阻箱R0:0～999.9 Ω,0.1 A
干电池E:电动势E=1.5 V,内阻r约0.1 Ω
开关S及导线若干。

①请设计一个较合理的电路原理图,画在规定方框内,要求通过电雷管的电流不超过27 mA,电压能从零调节,尽可能减小误差。

②并写出R x的计算公式R x=________。

(可能用到的字母示数为I1、示数为I2、示数为U1、示数为U2、电阻箱电阻为R0) 【解析】(1)根据焦耳定律:Q=I2Rt,代入数据得0.452×5×6=()2×5t,解得t=1.5 s。

(2)①题目要求电压能从零调节,所以滑动变阻器选用分压接法;电雷管电流不能超过27 mA,所以需要串联一个定值电阻或者可以显示阻值的电阻箱,故电路图如图所示。

②根据部分电路的欧姆定律:计算公式为R x=-R0。

答案:(1)1.5 (2)①电路图见解析②-R0
3.(2019·唐山模拟)(1)某同学在测量一未知电阻阻值时设计了如图甲所示电路。

当滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电流表的读数为0.39 A,0～3 V量程的电压表读数如图乙所示,则待测电阻的阻值为________Ω(结果保留两位有效数字)。

(2)为了消除电表内阻带来的误差,该同学又设计了如图丙所示电路。

该电路中引入了辅助电阻R1,先将单刀双掷开关拨到b,读出两表示数U1、I1,再将单刀双掷开关拨到a,读出两表示数U2、I2,则待测电阻的阻值为________;在改变单刀双掷开关位置时,__________(选填“需要”或“不需要”)保持滑动变阻器滑片的位置不变。

【解析】(1)电压表量程为3 V,由图乙所示表盘可知,其分度值为0.1 V,示数为2.70 V,
待测电阻阻值为:R x==≈6.9 Ω;
(2)根据图示电路图,由欧姆定律得:
R1+R A=
R x+R1+R A=,
待测电阻阻值为:R x=-;
在改变单刀双掷开关位置时,不需要保持滑动变阻器滑片的位置不变。

答案:(1)6.9 (2)-不需要
4.(2019·襄阳模拟)为了精密测量一圆柱形导体材料的电阻率:
(1)如图甲所示,先用多用电表×10Ω挡粗测其电阻为________Ω,然后用螺旋测微器测其直径d为______mm,游标卡尺测其长度l为________cm。

(2)为进一步精确测量该电阻,实验台上摆放有以下器材:
A.电流表(量程0～15 mA,内阻未知)
B.电流表(量程0～0.6 A,内阻未知)
C.电阻箱(最大电阻99.99 Ω)
D.电阻箱(最大电阻999.99 Ω)
E.电源(电动势3 V,内阻1 Ω)
F.单刀单掷开关2只
G.导线若干
乙同学设计的电路图如图乙所示,现按照如下实验步骤完成实验:
①调节电阻箱,使电阻箱到最大值,仅闭合S1,再次调节电阻箱到合适的阻值R1使电流表有较大的偏转且读数为I;
②调节电阻箱至最大值,保持开关S1闭合,开关S2闭合,再次调节电阻箱的阻值为R2,使电流表读数仍为I。

a.根据实验步骤和实验器材可知,电流表应选________,电阻箱应选择________。

(填器材前字母)
b.根据实验步骤可知,待测电阻R x=________,该材料的电阻率ρ=________(用题目所给测量数据表示)。

(3)利用以上实验电路,闭合S1、S2调节电阻箱R,可测出电流表的内阻R A,丙同学通过调节电阻箱R,读出多组R和I值,作出了-R图象如图丙所示。

若图象中纵轴截距为1 A-1,则电流表内阻R A=________Ω。

【解析】(1)欧姆表的读数为表盘示数与倍率的乘积,所以圆柱形导体的电阻大致为R x=18×10Ω=180Ω;螺旋测微器的读数为固定刻度的毫米数与可动刻度的n×0.01 mm的和,由图示螺旋测微器可知,其直径为:2 mm+9.5×0.01 mm
=2.095 mm;游标卡尺的读数为主尺的毫米数与游标尺的n×0.1(或0.02、
0.05) mm的和,由图示游标卡尺可知,其长度为:50 mm+3×0.05 mm=50.15 mm=5.015 cm; (2)②a.由图乙估算最大电流,若只有R x接入电路,则电路中的最大电流I==
A=0.017 A,与电流表A的量程相当,则电流表选A;为使电流减半,则要求电阻箱的电阻至少与电阻R x差不多,所以电阻箱选D;b.由于S2在断开和闭合时电流表的示数均为I,由闭合电路欧姆定律知道,两次实验时电路的总电阻相等,则圆柱形导体的电阻为R2-R1,再结合电阻定律
R=ρ可求得电阻率ρ=
(3)对该电路应用闭合电路的欧姆定律得
E=I(r+R+R A),
即=+,
所以-R图象的截距为,
解得R A=2.0 Ω。

答案:(1)180 2.095 5.015
(2)②a.A D b.R2-R1(3)2.0
5.(2020年山东新高考模拟)某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率,设计了如图甲所示的电路
测量该铅笔芯的电阻值。

所用器材有电流表A1、A2,电阻箱R1、滑动变阻器R2、待测铅笔芯R x、电源E、开关S及导线等。

操作步骤如下:调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大;闭合开关,适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值;记录两个电流表A l、A2的示数分别为I1、I2。

请回答以下问题:
(1)若电流表的内阻可忽略,则电流表示数I2=______I1时,电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值。

(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径,螺旋测微器的示数如图乙所示,该笔芯的直径为
________ mm。

(3)已测得该笔芯的长度L=20.00 cm,电阻箱R1的读数为5.00 Ω,根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率ρ=______Ω·m(结果保留3位有效数字)。

(4)若电流表A2的内阻不能忽略,仍利用(1)中方法,则笔芯电阻的测量值 ________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。

【解析】(1)由并联电路特点可知,当I2=I1时,电阻箱的阻值与待测笔芯的阻值相等。

(2)螺旋测微器的读数为1.000 mm;(3)由公式R=ρ可计算,笔芯的电阻率为1.96×10-5Ω·m;(4)
电流表A2的内阻不能忽略时,电流表A2与电阻箱的电阻之和等于待测笔芯的电阻,即电阻的测量值小于真实值。

答案:(1)(2)1.000 (3)1.96×10-5(4)小于
6.为测定电流表内电阻R g,实验中备用的器件有:
A.电流表(量程0～100 μA)
B.标准电压表(量程0～5 V)
C.电阻箱(阻值范围0～999 Ω)
D.电阻箱(阻值范围0～99 999 Ω)
E.电源(电动势2 V)
F.电源(电动势6 V)
G.滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω,额定电流1.5 A),还有若干开关和导线。

(1)如果采用如图所示的电路测定电流表A的内电阻并且想得到较高的精确度,那么从以上备用器件中,电阻箱R1应选用__________,电阻箱R2应选用________,电源应选用________(用字母代号填写)。

(2)如果实验时要进行的步骤有:
a.合上开关K1;
b.合上开关K2;
c.观察R1的阻值是否最大,如果不是,将R1的阻值调到最大;
d.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;
e.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;
f.记下R2的阻值。

把以上步骤的字母按实验的合理顺序为:__。

(3)如果在步骤f中所得R2的阻值为600 Ω,则图中电流表的内电阻R g的测量值为
________Ω。

(4)如果再给出:H.电源(电动势8 V);I.电源(电动势12 V),电源应选择________(填选项前的字母)。

(5)某同学认为步骤e中不需要保证“电流表指针偏转到满刻度的一半”这一条件,也可测得电流表内阻R g,请你分析论证该同学的判断是否可行。

______。

【创新点分析】(1)采用开放式设问:更具有探究性。

(2)由常规的伏安法转变为半偏法测量灵活应用。

【解析】(1)该实验是半偏电流法测电流表的内阻。

K2闭合前后的两次电路,如果干路电流变化不大,那么就可以认为,K2闭合后,电流表半偏时,电流表和电阻箱R2所分的电流各占一半,又因为二者并联,两端的电压相等,故电流表的内阻和电阻箱R2的阻值相等。

要保证两次实验干路的电流变化不大,就需要保证两次实验电路的总电阻变化不大,即在给电流表并联上一个电阻箱后导致的电阻变化,对整个电路影响不大。

要达到这个效果,R1就需要选一个尽可能大的电阻,故R1应选用D。

该实验要通过R2阻值来间接测出电流表的内阻值,因此R2的选取原则是:能读数且尽量和电流表的内阻在同一数量级上。

故R2应选用C。

在R1是一个尽可能大的电阻、电流表满偏的前提下,电源电动势相对地要大一些,但不是越大越好,以防烧坏电流表。

初步分析电源可选用F,估算电动势最大值,即:E max=I gmax R1max=100×10-6×1×105 V=10 V,电源应选F。

(2)半偏法测电流表内阻的步骤为:实验前,将R1的阻值调到最大;合上开关K1;调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;保持R1的阻值不变,合上开关K2;调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;记下R2的阻值,电流表的内阻值就是R2的阻值。

因此答案为:cadbef。

(3)根据(1)中的分析可知,电流表的内电阻R g的测量值,就等于电阻箱R2的阻值,即600 Ω。

(4)由(1)中的分析可知,在不烧坏电流表的前提下,电源要尽可能地大一些,这样可以减小实
验误差。

因为估算出的电源电动势的最大值大约是10 V,所以,该题答案为H。

(5)该同学的判断可行。

只需保证步骤abcd不变。

例如在步骤e中,可以调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的三分之二,记下此时R2的阻值,根据并联电路反比分流原则,计算出电
流表内阻的测量值:R′g=,同样可以测得电流表的内阻。

答案:(1)D C F (2)cadbef
(3)600 (4)H (5)可行。