人教版高中物理选修3-1同步练习实验测定导体的电阻率
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第2课时实验:测定导体的电阻率
P47
仪器的选择和电路的设计
考点一
其长度为L,用螺旋测微器测得其直径为D,用多用电表测得其电阻值约为2 Ω,为提高测量的精确度,该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件,设计了一个电路,重新测量这段导线(用R x表示)的电阻。
A.电源(提供的电压U0为3.0 V)
B.电压表V1(量程为0~3.0 V,内阻约为2 kΩ)
C.电压表V2(量程为0~15.0 V,内阻约为6 kΩ)
D.电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约为1 Ω)
E.电流表A2(量程为0~3.0 A,内阻约为0.1 Ω)
F.滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A)
G.滑动变阻器R2(最大阻值1 kΩ,额定电流1.0 A)
H.定值电阻R0(阻值为3 Ω)
I.开关S一个,导线若干
(1)为提高实验的精确度,请你为该实验小组设计电路图,并画在下面的虚线框中。
(2)实验时电压表选________,电流表选________,滑动变阻器选________(只填代号)。
(3)某次测量时,电压表示数为U,电流表示数为I,则该铜芯电线材料的电阻率的表达式为ρ=________。
答案(1)图见解析(2)B D F(3)πD2U 4IL
解析(1)比较电压表内阻、电流表内阻和待测电阻的大小关系,可得测量电路必须用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法和限流式接法均可(如图所示)。
(2)电源电压为3.0 V,考虑到电压表的量程和精确度两个因素,电压表应选
V1;干路中电流的最大值I max=
U0
R x+R0
=
3
2+3
A=0.6 A,电流表应选A1;考虑到
实验的准确性,滑动变阻器应选R1。
(3)由R=U
I=ρ
L
S=
ρL
π⎝ ⎛⎭⎪⎫
D
2
2
得:ρ=
πD2U
4IL。
电流表(内阻约为40 Ω)、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻(约为250 Ω)及导线若干(要求测量电流、电压能从0开始调节)。
(1)在虚线框中画出测量R的电路图。
(2)图中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,试写出根据此图求R值的步骤:______________________________________________________________________ __
__________________________________________________________________ ______。
(3)求出的电阻值R=________。(保留三位有效数字)
(4)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体,用50分度的游标卡尺测量其长度与直径,结果分别如图甲、乙所示。由图可知其长度为________,直径为________。
(5)由以上数据可求出ρ=________。(保留三位有效数字)
答案(1)图见解析(2)见解析
(3)229 Ω(221~237 Ω均正确)
(4)0.800 cm0.190 cm
(5)8.11×10-2Ω·m
解析(1)由于R x<R A R V,应采用电流表外接法,要求测量电流、电压从0开始调节,滑动变阻器采用分压式接法。如图所示。
(2)①作U-I直线,使其过原点,舍去左起第2个点,其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧;②求该直线的斜率k,则R=k。
(3)在图象中的直线上取两点,求出斜率
k=R≈229 Ω。
(4)图甲读数l =0.800 cm +0=0.800 cm , 图乙读数d =1+45×0.02 mm =0.190 cm 。 (5)由R =ρl
S ,得
ρ=RS
l =229×π⎝ ⎛⎭⎪⎫0.1902×10-22
0.800×10-2
Ω·m ≈8.11×10-2 Ω·m 。
1.(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中,关于误差下列说法中正确的是( )
A .电流表采用外接法,将会使ρ测>ρ真
B .电流表采用外接法,由于电压表的并联引起了金属丝分压的减小而引起测量误差
C .由ρ=πd 2U
4Il 可知I 、d 、U 、l 中每一个物理量的测量都会引起ρ的测量误差 D .由ρ=πd 2U
4Il 可知对实验结果准确性影响最大的是直径d 的测量 答案 CD
解析 电流表采用外接法时,由于电压表的分流作用会引起测量误差,使I 测
>I 真,由R =U I 可知R 测<R 真,即ρ测<ρ真,A 、B 错误;由ρ=πd 2U
4Il 可知要测量的物理量是d 、U 、I 和l ,都会引起测量误差,且直径d 在公式中是平方关系,所以
影响最大,C、D正确。
2.某同学用伏安法测量导体的电阻,现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表。采用分压电路接线,图1是实物的部分连线图,待测电阻为图2中的R1,其阻值约为5 Ω。
(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”)。
(2)正确接线测得实验数据如表,用作图法求得R1的阻值为________Ω。
(3)已知图2中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体,R2
的边长是R1的1
10,若测R2的阻值,则最优的连线应选________(填选项)。A.①连接a,②连接c B.①连接a,②连接d
C.①连接b,②连接c D.①连接b,②连接d
答案(1)a d(2)如图所示 4.4~4.7(3)B