實(shí)驗(yàn)：測(cè)金屬的電阻率(同時(shí)練習(xí)使用螺旋測(cè)微器)(原卷版)-2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)掃描

2021年一輪考點(diǎn)掃描微專題專題9.5實(shí)驗(yàn)：測(cè)金屬的電阻率(同時(shí)練習(xí)使用螺旋測(cè)微器)目錄TOC\o"1-3"\h\u【考點(diǎn)掃描】 1一．實(shí)驗(yàn)原理 1二．實(shí)驗(yàn)器材 1三．實(shí)驗(yàn)步驟 2四．?dāng)?shù)據(jù)處理 2五．誤差分析 2六．注意事項(xiàng) 2七．測(cè)量?jī)x器、儀表的讀數(shù) 2【典例分析】 3【專題精練】 6【考點(diǎn)掃描】一．實(shí)驗(yàn)原理由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)，因此，只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ。測(cè)金屬電阻的電路圖和實(shí)物圖如圖甲、乙所示。甲乙二．實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動(dòng)變阻器(0～50Ω)，開關(guān)，導(dǎo)線若干，螺旋測(cè)微器，毫米刻度尺。[部分器材用途]電流表、電壓表伏安法測(cè)電阻螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，由于測(cè)量直徑時(shí)帶來(lái)的誤差更明顯一些，因此用精確度更高的器材測(cè)量毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的有效長(zhǎng)度三．實(shí)驗(yàn)步驟(1)用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬絲上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值d。(2)連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。(3)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量三次，求出其平均值l。(4)把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使其接入電路中的電阻值最大的位置。(5)閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入記錄表格內(nèi)。(6)將測(cè)得的Rx、l、d值，代入公式R＝ρeq\f(l,S)和S＝eq\f(πd2,4)中，計(jì)算出金屬絲的電阻率。四．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法①用Rx＝eq\f(U,I)分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。②用U-I圖線的斜率求出。(2)計(jì)算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算公式ρ＝Rxeq\f(S,l)＝eq\f(πd2U,4lI)。五．誤差分析(1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，金屬絲直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源之一。(2)采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏小。(3)金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來(lái)偶然誤差。(4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差。六．注意事項(xiàng)(1)先測(cè)直徑，再連電路：為了方便，測(cè)量直徑時(shí)應(yīng)在金屬絲連入電路之前測(cè)量。(2)電流表外接法：本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法。(3)電流控制：電流不宜過大，通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免金屬絲溫度過高，導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中變大。七．測(cè)量?jī)x器、儀表的讀數(shù)1．游標(biāo)卡尺(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)＝主尺讀數(shù)＋游標(biāo)尺讀數(shù)。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法：“三看”①第一看→精確度②第二看→游標(biāo)尺上的0刻度線位置，區(qū)分零刻度與標(biāo)尺最前端(如圖所示)③第三看→游標(biāo)尺的哪條(第N條)刻度線與主尺上的刻度線對(duì)齊2．螺旋測(cè)微器螺旋測(cè)微器讀數(shù)＝固定刻度部分讀數(shù)(mm)＋可動(dòng)刻度部分讀數(shù)×精確度(mm)。注意估讀，以及半刻度線是否已露出。3．電壓表和電流表(1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0.1V或0.1A，看清楚指針的實(shí)際位置，讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位。(2)對(duì)于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位，即讀到0.1V。(3)對(duì)于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時(shí)要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A。【典例分析】【例1】.(2020?？谑懈呷M)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度，測(cè)量結(jié)果如圖甲和乙所示。該工件的直徑為________cm，高度為________mm。甲乙【例2】．(1)如圖甲所示的電表使用0.6A量程時(shí)，對(duì)應(yīng)刻度盤上每一小格代表________A，圖中表針示數(shù)為________A；當(dāng)使用3A量程時(shí)，對(duì)應(yīng)刻度盤中每一小格代表______A，圖中表針示數(shù)為________A。甲乙(2)如圖乙所示的電表使用較小量程時(shí)，每小格表示________V，圖中表針的示數(shù)為________V。若使用的是較大量程，則這時(shí)表盤刻度每小格表示________V，圖中表針示數(shù)為________V。丙(3)旋鈕式電阻箱如圖丙所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為________Ω，今欲將接入電路的電阻改為2087Ω，最簡(jiǎn)單的操作方法是_____________________________________。若用兩個(gè)這樣的電阻箱，即可得到的電阻值范圍為________?！纠?】(2020·四川廣元統(tǒng)考)在測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)中，所用金屬電阻絲的電阻約為30Ω?，F(xiàn)通過以下實(shí)驗(yàn)測(cè)量該電阻絲的電阻率。(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)出電阻絲的直徑為d。(2)實(shí)驗(yàn)中能提供的器材有開關(guān)、若干導(dǎo)線及下列器材：電壓表V1(量程為0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ)電壓表V2(量程為0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)電流表A1(量程為0～100mA，內(nèi)阻約為5Ω)電流表A2(量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1Ω)滑動(dòng)變阻器R1(0～5Ω)滑動(dòng)變阻器R2(0～1kΩ)電源(電動(dòng)勢(shì)為4.5V，內(nèi)阻不計(jì))為了便于調(diào)節(jié)電路并能較準(zhǔn)確地測(cè)出電阻絲的阻值，電流表應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________。(3)如圖甲所示，將電阻絲拉直后，將其兩端分別固定在刻度尺兩端的接線柱a和b上，刻度尺的中間有一個(gè)可沿電阻絲滑動(dòng)的觸頭，觸頭的另一端為接線柱c，當(dāng)用手按下觸頭時(shí)，觸頭才與電阻絲接觸，觸頭的位置可在刻度尺上讀出。實(shí)驗(yàn)中改變觸頭與電阻絲接觸的位置后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表示數(shù)I保持不變，分別測(cè)量出多組接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度L與對(duì)應(yīng)的電壓表的示數(shù)U。請(qǐng)?jiān)趫D甲中完成實(shí)驗(yàn)電路的連接，部分已連好的線不能改動(dòng)。(要求：能改變接入電路中的電阻線的長(zhǎng)度和能進(jìn)行多次測(cè)量)(4)利用測(cè)量數(shù)據(jù)畫出U－L圖線，如圖乙所示，其中(L0，U0)是U－L圖線上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)U－L圖線，用電阻絲的直徑d、電流I和坐標(biāo)(L0，U0)計(jì)算出電阻絲的電阻率ρ＝________?！練w納總結(jié)】實(shí)物圖連接的要點(diǎn)(1)各導(dǎo)線都應(yīng)連接在接線柱上。(2)不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)交叉，導(dǎo)線不能跨過儀器。(3)連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯(cuò)。(4)開關(guān)要控制整個(gè)電路。【例4】(2020·江西宜春市上學(xué)期期末)某興趣小組測(cè)定某種帶狀卷成卷盤狀的導(dǎo)電物質(zhì)的電阻率，如圖甲所示．(1)他們先用螺旋測(cè)微器測(cè)出帶的厚度為d，這種物質(zhì)表面鍍了一層絕緣介質(zhì)，其厚度不計(jì)，用游標(biāo)卡尺測(cè)出帶的寬度L、內(nèi)徑D1、外徑D2(d?D2－D1)．其中寬度L的讀數(shù)如圖乙所示，則寬度L＝________mm.(2)然后用伏安法測(cè)這根帶的電阻，在帶的兩端引出兩個(gè)接線柱，先用歐姆表粗測(cè)其電阻約為500Ω，再將其接入測(cè)量電路．在實(shí)驗(yàn)室里他們找到了以下實(shí)驗(yàn)器材：A．電源E(電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻約為0.5Ω)B．電壓表V(量程為15V，內(nèi)阻約為5000Ω)C．電流表A1(量程為300mA，內(nèi)阻約為2Ω)D．電流表A2(量程為250mA，內(nèi)阻為2Ω)E．滑動(dòng)變阻器R1(總阻值為10Ω)F．滑動(dòng)變阻器R2(總阻值為100Ω)G．定值電阻R0＝10ΩH．開關(guān)和導(dǎo)線若干①要更好地調(diào)節(jié)和較為精確地測(cè)定其電阻，則以上不必要的器材有________(填器材前面的序號(hào))；②在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；③若測(cè)出的電阻為R，則其電阻率為ρ＝________(用d、D1、D2、L、R表示)．【專題精練】一、夯實(shí)基礎(chǔ)1．在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若待測(cè)金屬絲的電阻約為5Ω，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，提供以下器材供選擇：A．電池組(3V，內(nèi)阻1Ω)B．電流表(0～3A，內(nèi)阻0.0125Ω)C．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.125Ω)D．電壓表(0～3V，內(nèi)阻4kΩ)E．電壓表(0～15V，內(nèi)阻15kΩ)F．滑動(dòng)變阻器(0～20Ω，允許最大電流1A)G．滑動(dòng)變阻器(0～2000Ω，允許最大電流0.3A)H．開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從上述器材中選用________________(選填儀器前的字母代號(hào))．(2)測(cè)電阻時(shí)，電流表、電壓表、待測(cè)金屬絲電阻Rx在組成測(cè)量電路時(shí)，應(yīng)采用電流表________(選填“外”或“內(nèi)”)接法，待測(cè)金屬絲電阻的測(cè)量值比真實(shí)值偏__________(選填“大”或“小”)．(3)若用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如圖所示，則讀數(shù)為________mm.(4)若用L表示金屬絲的長(zhǎng)度，d表示直徑，測(cè)得電阻為R，請(qǐng)寫出計(jì)算金屬絲電阻率的表達(dá)式ρ＝________．2．小張同學(xué)打算測(cè)量某種由合金材料制成的金屬絲的電阻率ρ.待測(cè)金屬絲的橫截面為圓形．實(shí)驗(yàn)器材有毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器、電壓表(內(nèi)阻為幾千歐)、電流表(內(nèi)阻為幾歐)、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)、待測(cè)金屬絲及導(dǎo)線若干．(1)用毫米刻度尺測(cè)量其長(zhǎng)度，用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑，結(jié)果分別如圖甲和圖乙所示．由圖可知其長(zhǎng)度L＝________cm，直徑為D＝________mm；(2)該同學(xué)計(jì)劃要用圖象法求出電阻的阻值，要求電壓從0開始變化．請(qǐng)將圖丙所示實(shí)物電路圖中所缺部分補(bǔ)全；(3)圖丁是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的6組電流I、電壓U的值描的點(diǎn)，由圖求出的電阻值R＝________Ω.(保留3位有效數(shù)字)3．在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中：(1)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示電路對(duì)鎳鉻合金絲和康銅絲進(jìn)行探究，a、b、c、d是四種金屬絲．①實(shí)驗(yàn)小組討論時(shí)，某同學(xué)對(duì)此電路提出異議，他認(rèn)為，電路中應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)電流表，只有測(cè)出各段金屬絲的電阻，才能分析電阻與其影響因素的定量關(guān)系．你認(rèn)為需不需要串聯(lián)電流表？并簡(jiǎn)單說(shuō)明理由：______________________________________________.②幾根鎳鉻合金絲和康銅絲的規(guī)格如下表所示．電路圖中金屬絲a、b、c分別為下表中編號(hào)為A、B、C的金屬絲，則金屬絲d應(yīng)為下表中的____________(用表中編號(hào)D、E、F表示)．編號(hào)材料長(zhǎng)度L/m橫截面積S/mm2A鎳鉻合金0.300.50B鎳鉻合金0.500.50C鎳鉻合金0.301.00D鎳鉻合金0.501.00E康銅絲0.300.50F康銅絲0.501.00(2)該實(shí)驗(yàn)小組探究了導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系后，想測(cè)定某金屬絲的電阻率．①用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝80.00cm，用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲的直徑如圖乙所示，則金屬絲的直徑d為____________.②按圖丙所示連接好電路，測(cè)量金屬絲的電阻R.改變滑動(dòng)變阻器的阻值，獲得六組I、U數(shù)據(jù)描在如圖丁所示的坐標(biāo)系上．由圖可求得金屬絲的電阻R＝____________Ω，該金屬絲的電阻率ρ＝____________Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).4.用伏安法測(cè)定鐵鉻鋁合金電阻率的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)器材如下：長(zhǎng)度為1m直徑不同的四根鐵鉻鋁合金絲(直徑：D1＝0.4mm、D2＝0.5mm、D3＝0.7mm、D4＝0.9mm)，電壓表(量程0～3V、內(nèi)阻約為3kΩ)，電流表(量程0～0.6A、內(nèi)阻約為0.05Ω)，兩個(gè)不同規(guī)格的滑動(dòng)變阻器(R1：最大阻值20Ω，額定電流2A；R2：最大阻值1000Ω，額定電流0.5A)，干電池兩節(jié)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。小明采用如圖10所示的電路圖對(duì)四根合金絲分別進(jìn)行了四次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭始終處于同一位置，記錄電表數(shù)據(jù)如下：1.67V、1.45V、1.10V、0.83V，0.37A、0.30A、0.21A、0.15A。(1)還有一個(gè)電流表讀數(shù)如圖11所示，則電流為________A；(2)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇________(填“R1”或“R2”)；(3)ab端接鐵鉻鋁合金絲的直徑越大，電流表讀數(shù)應(yīng)________(填“越大”或“越小”)；(4)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，求得鐵鉻鋁合金的電阻率約為________Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。5.(2020·廣東廣州市4月綜合測(cè)試)測(cè)金屬絲的電阻率的實(shí)驗(yàn)．(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑如圖3(a)，其示數(shù)為________mm；圖3(2)實(shí)驗(yàn)電路如圖(b)，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，完成圖(c)的實(shí)物連線；(3)開啟電源，合上開關(guān)，記錄aP的長(zhǎng)度L和電流表A的示數(shù)I；移動(dòng)線夾改變aP的長(zhǎng)度L，測(cè)得多組L和I值，作出eq\f(1,I)－L圖線，求得圖線斜率為k；(4)若穩(wěn)壓電源輸出電壓為U，金屬絲的橫截面積為S，則該金屬絲的電阻率ρ＝________(用k、U、S表示)．6．在測(cè)定某金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中：圖1圖2圖3(1)某學(xué)生進(jìn)行了如下操作：①利用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑d，如圖1所示，則d＝________mm。②測(cè)量金屬絲電阻Rx的電路圖如圖2所示，閉合開關(guān)S，先后將電壓表右側(cè)接線端P接a、b點(diǎn)時(shí)，電壓表和電流表示數(shù)如表1所示。該學(xué)生認(rèn)真觀察到兩次測(cè)量中，電流表的讀數(shù)幾乎未變，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是________________，比較合理且較準(zhǔn)確的金屬絲電阻Rx測(cè)＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)，從系統(tǒng)誤差角度分析，Rx的測(cè)量值與其真實(shí)值Rx真比較，Rx測(cè)________Rx真(填“>”“＝”或“<”)。表1U(V)I(A)接線端P接a1.840.15接線端P接b2.400.15表2U(V)I(A)接線端P接a2.560.22接線端P接b3.000.20(2)另一同學(xué)找來(lái)一恒壓電源，按圖3的電路先后將接線端P分別接a處和b處，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示，該同學(xué)利用該數(shù)據(jù)可算出Rx的真實(shí)值為________Ω。7．小張同學(xué)打算測(cè)量由某種合金材料制成的金屬絲的電阻率ρ，待測(cè)金屬絲的橫截面為圓形。實(shí)驗(yàn)器材有：毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器、電壓表(內(nèi)阻約幾千歐)、電流表(內(nèi)阻約幾歐)、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)、待測(cè)金屬絲及導(dǎo)線若干。(1)用毫米刻度尺測(cè)量待測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度，用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑，結(jié)果分別如圖1和圖2所示，可得其長(zhǎng)度L＝________cm，直徑D＝________mm。圖1圖2(2)該同學(xué)要用圖象法求出待測(cè)金屬絲的阻值，要求電壓從0開始變化。請(qǐng)將圖3所示實(shí)物電路圖中所缺導(dǎo)線補(bǔ)全。圖3圖4(3)圖