高考物理總復習 第31講 實驗六 決定導線電阻的因素講義-人教版高三物理試題

第31講實驗六：決定導線電阻的因素考情剖析考查內容考綱要求考查年份考查詳情能力要求實驗、探究：決定導線電阻的因素14年T10—實驗，考查螺旋測微器的讀數(shù)、測量合金絲的電阻分析綜合、實驗與探究弱項清單1.游標卡尺無需估讀，搞清不同分度的游標尺的精度；螺旋測微器微分套筒刻度必須要估讀，主尺讀數(shù)注意半毫米刻度是否露出；2.測電阻時注意選用電流表的內外接法及滑動變阻器的限流分壓式接法.實驗儲備一、螺旋測微器和游標卡尺的使用1．螺旋測微器(1)構造：如圖，S為固定刻度，H為可動刻度．(2)原理：可動刻度H上的刻度為50等份，螺旋測微器的精確度為0.01mm(3)讀數(shù)：①測量時被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動刻度讀出．②測量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)．③如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米，而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0mm＋15.0×0.01mm2．游標卡尺(如圖)(1)構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內外測量爪)、游標尺上還有一個深度尺，尺身上還有一個緊固螺釘．(2)用途：測量厚度、長度、深度、內徑、外徑．(3)原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成．不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm精確度(可準確到)1090.10.120190.050.0550490.020.02(4)讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，k表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結果表達為(x＋k×精確度)mm.二、伏安法測電阻1．電流表的內接法和外接法的比較內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測＝Ux＋UA電壓表分流I測＝Ix＋IV電阻測量值R測＝eq\f(U測,I測)＝Rx＋RA>Rx測量值大于真實值R測＝eq\f(U測,I測)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測量值小于真實值適用條件RA≤RxRV≥Rx適用于測量大電阻小電阻2.兩種電路的選擇(1)阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法；簡單概括為“大內偏大，小外偏小”．(2)比值比較法若eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，則用電流表外接法．若eq\f(RV,Rx)<eq\f(Rx,RA)，則用電流表內接法．(3)試觸法：如圖所示，將電壓表分別接在a、c和b、c兩點間時，若電流表示數(shù)變化較大，說明電壓表分流較大，應選用內接法，若電壓表示數(shù)變化較大，則選用外接法．3.滑動變阻器的限流接法和分壓接法(1)兩種接法比較方式內容限流接法分壓接法對比說明兩種接法電路圖串、并聯(lián)關系不同負載R上電壓調節(jié)范圍eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分壓接法電壓能從零開始連續(xù)變化調節(jié)范圍大負載R上電流調節(jié)范圍eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分壓接法調節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護電路元件(2)分壓和限流電路的選擇原則①若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，即若滑動變阻器阻值調到最大時，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式電路．②若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時，應改用分壓式電路．③若實驗中要求電壓從零開始調節(jié)，則必須采用分壓式電路．④兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、能耗低．4．電阻率的測定原理把金屬絲接入如圖所示的電路中，用電壓表測金屬絲兩端的電壓，用電流表測金屬絲中的電流，根據(jù)Rx＝eq\f(U,I)計算金屬絲的電阻Rx，然后用毫米刻度尺測量金屬絲的有效長度l，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d，計算出金屬絲的橫截面積S，根據(jù)電阻定律Rx＝eq\f(ρl,S)，得出計算金屬絲電阻率的公式ρ＝eq\f(RxS,l)＝eq\f(πd2U,4lI).技能優(yōu)化【典型例題1】下圖螺旋測微器的讀數(shù)為________mm，游標卡尺的讀數(shù)為________cm.【典型例題2】在“測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準．待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖所示，其讀數(shù)應為________mm(該值接近多次測量的平均值)．(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實驗所用器材為：電池組(電動勢3V，內阻約1Ω)、電流表(內阻約0.1Ω)、電壓表(內阻約3kΩ)、滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開關、導線若干．某小組同學利用以上器材正確連接好電路，進行實驗次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用下圖中的______圖(選填“甲”或“乙”)．(3)如圖所示是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請根據(jù)(2)所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線，并使閉合開關的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．(4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系，如圖所示，圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點．請在圖中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點，并描繪出U-I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為______(填選項前的符號)．A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m(6)(多選)任何實驗測量都存在誤差．本實驗所用測量儀器均已校準．下列關于誤差的說法中正確的選項是________．A．用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B．由于電流表和電壓表內阻引起的誤差屬于偶然誤差C．若將電流表和電壓表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D．用U-I圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差【學習建議】伏安法測電阻是電學實驗的基礎，是高考考查的熱點，也是難點．它滲透在電學實驗的各個環(huán)節(jié)中，如測未知電阻、測電阻率、測各種電表內阻等．本質上都是伏安法測電阻在不同情景下的具體應用．在學習過程中要注意：重視實驗原理、熟悉實驗器材、理解實驗方法，要能夠把握好電壓表、電流表的選擇以及實物連線．【典型例題3】用以下器材可測量電阻Rx的阻值．待測電阻Rx，阻值約為600Ω；電源E，電動勢約為6.0V，內阻可忽略不計；電壓表V1，量程為0～500mV，內阻r1＝1000Ω；電壓表V2，量程為0～6V，內阻r2約為10kΩ；電流表A，量程為0～0.6A，內阻r3約為1Ω定值電阻R0，R0＝60Ω；滑動變阻器R，最大阻值為150Ω；單刀單擲開關S一個，導線若干．(1)測量中要求兩只電表的讀數(shù)都不小于其量程的eq\f(1,3)，并能測量多組數(shù)據(jù)，請在虛線框中畫出測量電阻Rx的實驗電路圖.(2)若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計算Rx，則由已知量和測量物理量計算Rx的表達式為Rx＝____________，式中各符號的意義是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(所有物理量用題中代表符號表示)【典型例題4】用伏安法測定一個待測電阻Rx的阻值(阻值約為200Ω)，實驗室提供如下器材：電池組E：電動勢3V，內阻不計；電流表A1：量程0～15mA，內阻約為100Ω；電流表A2：量程0～300μA，內阻為1000Ω；滑動變阻器R1：阻值范圍0～20Ω，額定電流2A電阻箱R2，阻值范圍0～9999Ω，額定電流1A開關S、導線若干．要求實驗中盡可能準確地測量Rx的阻值，請回答下列問題：(1)為了測量待測電阻兩端的電壓，可以將電流表______(填寫器材代號)與電阻箱串聯(lián)，并將電阻箱阻值調到______Ω，這樣可以改裝成一個量程為3.0V的電壓表．(2)在圖中畫完整測量Rx阻值的電路圖，并在圖中標明器材代號．(3)調節(jié)滑動變阻器R1，兩表的示數(shù)如圖所示，可讀出電流表A1的示數(shù)是________mA，電流表A2的示數(shù)是________μA，測得待測電阻Rx的阻值是________．本次測量存在一定的系統(tǒng)誤差，考慮這個原因測量值比真實值________(選填“偏大”或“偏小”)．當堂檢測1.(17年南京模擬)某興趣小組在實驗室完成了“測定金屬電阻率”的實驗．甲乙第1題圖(1)正確操作獲得金屬絲的直徑以及電壓表的讀數(shù)如圖甲、圖乙所示，則它們的讀數(shù)值依次是d＝________mm、U＝________V.(2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0－10Ω，金屬絲電阻約2Ω，電流表內阻幾歐，電壓表內阻約幾十千歐．電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，其電動勢E＝4.5V，內阻很?。堅趫D中方框內畫出本次實驗的電路圖．(3)用此電路測得的金屬電阻率與真實值相比________．(選填“偏大”、“偏小”或“相同”)2．某同學測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻．(1)分別使用游標卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖(a)和圖(b)所示，長度為________cm，直徑為________mm.(a)(b)(c)第2題圖(2)按圖(c)連接電路后，實驗操作如下．①將滑動變阻器R1的阻值置于最______處(選填“大”或“小”)；將S2撥向接點1，閉合S1，調節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0.②將電阻箱R2的阻值調至最______(選填“大”或“小”)，S2撥向接點2；保持R1不變，調節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時R2阻值為1280Ω.③由此可知，圓柱體的電阻為________Ω.3．下圖是測量電阻Rx的原理圖，學生電源輸出電壓可調，電流表量程選0.6A(內阻不計)，標有長度刻度的均勻電阻絲ab的總長為30.0乙丙第3題圖(1)根據(jù)原理圖連接圖乙的實物圖．(2)斷開S2，合上S1；調節(jié)電源輸出電壓為3.0V時，單位長度電阻絲的電壓u＝________V/cm，記錄此時電流表A1的示數(shù)．(3)保持S1閉合，合上S2；滑動c點改變ac的長度L，同時調節(jié)電源輸出電壓，使電流表A1的示數(shù)與步驟(2)記錄的值相同，記錄長度L和A2的示數(shù)I.測量6組L和I值，測量數(shù)據(jù)已在圖(c)中標出，寫出Rx與L、I、u的關系式Rx＝________；根據(jù)圖丙用作圖法算出Rx＝________Ω.(計算結果保留一位有效數(shù)字)

第31講實驗六：決定導線電阻的因素技能優(yōu)化·典型例題1·6.576－6.5791.340·典型例題2·(1)0.398(0.395～0.399均可)(2)甲(3)如圖所示(4)如圖所示4．5(4.3～4.7均可)(5)C(6)CD【解析】(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)通過給定的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓接近從0開始，故滑動變阻器采用的是分壓式接法．(3)對滑動變阻器的分壓式接法，連線時應使測量電路在開始時分到的電壓為0.(4)圖線應過原點，且使大多數(shù)點在一條直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側．圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，所以Rx＝4.5Ω.(5)由R＝ρeq\f(L,S)，S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))))eq\s\up12(2)，取d＝4×10－4m、L＝0.5m、R＝4．5Ω，解出ρ≈1×10－6Ω·m.(6)由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，選項A錯誤；由于電流表、電壓表內阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，若將電流表和電壓表的內阻計算在內，則可以消除系統(tǒng)誤差，選項B錯誤，選項C正確；利用U-I圖象處理數(shù)據(jù)，相當于多次測量取平均值，可以減小偶然誤差，選項D正確．·典型例題3·(1)測量電路見解析圖(2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)))U1為電壓表V1的讀數(shù)，U2為電壓表V2的讀數(shù)，r1為電壓表V1的內阻，R0為定值電阻【解析】(1)電路的最大電流為I＝eq\f(6V,600Ω)＝0.01A，電流表量程太大，可以把電壓表V1并聯(lián)一個定值電阻改裝成電流表，電壓表選擇V2即可，要求測量多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器需要分壓式接法，電路如圖．(2)流過被測電阻的電流為I＝eq\f(U1,r1)＋eq\f(U1,R0)＝eq\f(U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)),R0r1)，被測電阻阻值為Rx＝eq\f(U2－U1,I)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1))).·典型例題4·(1)A29000(2)電路如圖(3)8.0150187.5Ω偏小【解析】(1)把A2和R2串聯(lián)起來充當電壓表，此電壓表量程為3V，R＝eq\f(3,300×10－6)Ω－1000Ω＝9000Ω.(3)由圖可知，電流表A1的示數(shù)為8.0mA，電流表A2的示數(shù)是150μA，待測電阻阻值為Rx＝eq\f(150×10－6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1000＋9000)),8.0×10－3)Ω＝187.5Ω.采用電流表外接法故測量的電流值偏大，因此測量的電阻偏小．當堂檢測1．(1)0.9982.28(2)如圖所示(3)偏小第1題圖【解析】(1)螺旋測微器讀數(shù)為L＝0