河北省2013高考物理二轮复习 实验专题训练 电阻和电阻率的测量
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实验10 测定金属的电阻率[实验目的]1.学习伏-安法测电阻,掌握测定金属电阻率的方法。
2.复习螺旋测微器的使用。
3.研究由于电表的接入而造成的系统误差及克服方法。
[实验仪器]伏特表,安培表,直流电源,滑动变阻器,螺旋测微器,米尺,金属电阻丝(50cm —100cm ),电键及导线。
[实验原理]根据电阻定律,一段金属丝的电阻值: R =SL ρ (1) 其中L 为金属丝长度,S 为横截面积, ρ为金属电阻率,这是一个用来表示物质电阻特性的物理量,电阻率反映了物质对电流阻碍作用的属性。
电阻率大则说明这种材料的导电性能差,电阻率小则说明这种物质的导电性能好。
如铜和铝的电阻率分别为0.017欧·毫米2/米和0.028欧·毫米2/米(在200C),而绝缘体的电阻率非常大,其数量级一般都在1012-1022欧·毫米2/米之间。
例如常用的绝缘材料硬橡胶其电阻率为1019-1022欧·毫米2/米。
必须指出的是电阻率不仅与导体的材料有关,还和导体的温度有关。
一般温度升高时电阻率随之增大,从而使导体的电阻值变大。
这种效应在导体中通过电流使导体升温时尤为明显。
例如220伏,100瓦的白炽灯泡,其热电阻为484欧姆,而不通电时的冷电阻只有40欧姆左右。
从(1)式可导出 LS R =ρ (2) 由(2)式可以看出,如果测出某金属丝的长度、横截面积和对应的电阻值,就可以计算出这种材料的电阻率。
对于给定的电阻丝(实际上是一段合金电阻丝),我们用米尺量出其长度,用螺旋测微器测出它的直径代入公式 S=4/2D π ,然后计算出其横截面积,用欧姆定律 R = U/I 计算出电阻。
把测量出的物理量代入公式(2),可求出电阻丝的电阻率。
测电阻的方法是通过伏特表和安培表测出加在电阻丝两端的电压和流过电阻丝的电流,然后借助于欧姆定律间接求出的,所以称为“伏—安法测电阻”。
[实验指导]1. 用螺旋测微器测金属丝直径可以提高测量的精确度,可以读到毫米的千分位。
测定金属的电阻率一、仪器的实验1、螺旋测微器(1)构造:如图甲,S为固定刻度,H为可动刻度.(2)原理:可动刻度H上的刻度为50等份,旋钮K每旋转一周,螺杆P前进或后退0.5 mm,则螺旋测微器的精确度为0.01 mm.甲乙(3)读数①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出,不足半毫米部分由可动刻度读出.②测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01 (mm)③如图乙所示,固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米,从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:2.0 mm+15.0×0.01 mm=2.150 mm.2.游标卡尺(1)构造(如图所示):主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺,尺身上还有一个紧固螺钉.(2)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.(3)原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成.不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,见下表:(4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K×精确度)mm.3.常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可.(1)0~3 V的电压表和0~3 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度分别是0.1 V 或0.1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位.(2)对于0~15 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1 V.(3)对于0~0.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A.二、实验目的1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法.3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率.三、实验原理用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测金属丝的电流,根据R x =U I 计算金属丝的电阻R x ,然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l ,用螺旋测微器测量金属丝的直径d ,计算出金属丝的横截面积S ;根据电阻定律R x =ρl S ,得出计算金属丝电阻率的公式ρ=R x S l =πd 2U 4lI. 四、实验器材被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0~0.6 A),电压表(0~3 V),滑动变阻器(50 Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺.五、实验步骤1.用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d .2.按实验原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路.3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l .4.把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合电键S ,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I 和U 的值,填入记录表格内,断开电键S ,求出导线电阻R x 的平均值.5.整理仪器.六、数据处理1.在求R x 的平均值的两种方法(1)第一种是用R x =UI算出各次的数值,再取平均值.(2)第二种是用U -I 图线的斜率求出. 2.计算电阻率:将记录的数据R x 、l 、d 的值代入电阻率计算公式ρ=R x S l =πd 2U 4lI. 七、误差分析1.金属丝直径、长度的测量带来误差.2.若为内接法,电流表分压,若为外接法,电压表分流.八、注意事项1.测量直径应在导线连入电路前进行,测量金属丝的长度,应在连入电路后拉直的情况下进行.2.本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法.3.电流不宜太大(电流表用0~0.6 A 量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大.九、练习巩固1.某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下:(1)螺旋测微器如图1所示.在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动________(选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏.(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径.(3)图甲2中R x,为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图2乙图实物电路中的正确位置.(4)为测量R,利用图2甲图所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1–I1关系图象如图3所示.接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U2和电流IU2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据,在方格纸上作出U2–I2图象.(5)由此,可求得电阻丝的R x=________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.2.(1)读出图中游标卡尺和螺旋测微器的读数:图a的读数为________cm.图b读数为________cm.(2)如图所示,甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现测量该材料的电阻率。
物理实验技术中电阻率的测量与校准要点详解引言物理实验中,电阻率的测量与校准是一项非常重要的工作。
电阻率是描述物质导电性质的一个重要参数,因此精确测量电阻率对于研究物质的导电机理以及电子器件的设计和制造具有重要意义。
本文将详细介绍物理实验技术中电阻率的测量与校准要点。
1. 电阻率的测量方法电阻率的测量方法主要有四种:直接测量法、绝缘层法、差压法和四探头法。
其中,直接测量法是最常用的一种方法。
直接测量法的基本原理是利用电阻器和电流表、电压表进行测量,通过测量电流和电压,计算得到电阻率。
需要注意的是,测量时要注意排除外界因素的影响,如电子器件的温度变化、电磁辐射等。
2. 电阻率的校准方法电阻率的校准方法主要有两种:标准电阻法和绝对法。
标准电阻法是将试样与已知电阻值的标准电阻进行比较,通过求解比值得到电阻率。
绝对法是通过测量试样的几何尺寸和电阻,根据电阻率的定义计算得到电阻率。
在校准电阻率时,需要注意保持测量环境的稳定,避免温度和湿度变化对测量结果的影响。
3. 电阻率测量与校准的注意事项在进行电阻率的测量与校准时,有一些常见的注意事项需要牢记:3.1 温度效应的校正电阻率随着温度的变化而变化,因此在测量和校准电阻率时,需要考虑温度效应的影响。
常用的方法是通过使用温度传感器监测环境温度,并根据温度系数进行校正。
3.2 压力效应的考虑在某些实验中,会对试样加以压力或拉伸,这会对电阻率的测量与校准产生影响。
因此,在进行测量和校准时,需要注意试样的形变状态,并进行相应的修正。
3.3 电磁干扰的排除电磁干扰是电阻率测量中常见的干扰因素之一。
为了减小电磁干扰对测量结果的影响,可以采取屏蔽措施,如使用金属屏蔽罩或增加屏蔽层。
4. 实验案例:金属导体的电阻率测量与校准以金属导体的电阻率测量与校准为例,介绍具体的操作步骤:4.1 测量试样的几何尺寸首先,使用尺子或卡尺等工具测量试样的几何尺寸,包括长度、横截面积等。
这些几何尺寸将用于后续的电阻率计算过程中。
电阻和电阻率的测量1.(1)在“测定金属的电阻率”的实验中,为了安全、准确、方便地完成实验:①除电源(电动势为4V,内阻很小)、电压表V(量程3V,内阻约3kΩ),待测电阻丝(约3Ω)、导线、开关外,电流表应选用,滑动变阻器应选用(选填下列器材的字母符号).A.电流表A1(量程600mA,内阻约1Ω)电流表A2(量程3A,内阻约0.02Ω)B.滑动变阻器R1(总阻值10Ω)滑动变阻器R2(总阻值100Ω)②若用右图所示的电路测量金属丝的电阻,电压表的左端应与电路中的_______点相连(选填“a”或“b”).若某次测量中,金属丝的长度为L,直径为D,电压表和电流表读数分别为U和I,请用上述直接测量的物理量(D、L、U、I)写出电阻率ρ的计算式:ρ= .2、①某实验小组在“测定金属电阻率” 的实验过程中,正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如第34题图4所示,则它们的读数值依次是__________mm、___________A、__________V。
金属丝②已知实验中所用的电流表内阻约几欧,电压表内阻约20kΩ,则本实验电路应当采用第34题图5中的_____________(填A或B),用此电路测量的金属丝电阻比真实值偏_______________(选填“大”或“小”)。
③若已知实验所用的电流表内阻的准确值为R A,那么能准确测量金属丝电阻R x的电路应选上图中的______电路(填A或B)。
若此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻R x=______(用题中字母代号表示)。
若用米尺测得金属丝的长度为L,用螺旋测微器测得金属丝直径为d,则该金属丝的电阻率ρ=____(用π、d、L、R x表示)。
用螺旋测微器测得金属丝直径为d,金属丝横截面积S=πd2/4,由电阻定律R x=ρL/S,则该金属丝的电阻率ρ=24xd RL。
3.某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为20Ω)材料的电阻率。
物理实验技术中的电阻率测量与系统校准原理引言在物理实验中,电阻率测量是非常常见和重要的实验之一。
电阻率测量的准确性对于理解材料性质和研究电流传导机制有着重要意义。
本文将介绍电阻率测量的原理和常用的系统校准方法。
电阻率测量原理电阻率是一个描述材料导电性能的物理量,它表示单位长度和单位横截面积的导体所产生的电阻。
电阻率的测量可以通过测量材料的电阻和几何参数来获得。
一种常见的测量方法是四引线法。
四引线法是一种能减小导线电阻对测量结果影响的技术。
它通过在电流电极和电压电极之间引入两个额外的引线,将电流引线和电压引线分开,从而消除了电压探针引线和测量电阻的电流路径的电阻影响。
通过测量电压差和电流,可以计算出材料导体的电阻率。
电阻率测量通常需要注意一些因素。
首先,电流密度应该足够小,避免电流在导体中产生热效应。
其次,导线材料的电阻值应远小于测量样品的电阻值,以避免导线电阻的影响。
最后,在测量时需要保持样品温度稳定,因为温度会影响电阻率的测量结果。
系统校准原理系统校准是保证测量精度的重要环节,特别是对于电阻率测量来说更为关键。
系统校准的目的是通过测量标准样品来确定实验中的系统误差,并对测量结果进行校正。
校准样品通常是具有已知电阻率的材料。
在电阻率测量中,经常使用金、铂等金属材料作为校准样品,因为这些金属具有高电导率和稳定的电阻率。
通过测量标准样品的电阻和几何参数,可以计算出实验设置中的系统误差,进而对测量结果进行校正。
系统校准应充分考虑系列效应,例如材料表面的接触电阻、导线电阻和电阻计的误差等。
通过不同电流大小、测量温度和样品几何形状的变化,可以得到更准确的系统误差,并校正实验结果。
同时,为了保证校准的准确性,还需要定期检查校准样品的电阻率是否变化。
如果校准样品发生变化,需要重新校准实验系统并修正测量结果。
总结电阻率测量在物理实验技术中扮演着重要角色,能帮助我们了解材料特性和电流传导机制。
通过四引线法等测量技术,可以准确测量材料的电阻率。
高考物理总练习7-4试验(一)测定金属的电阻率一、选择题1.“测定金属旳电阻率〞试验中,以下操作中错误旳是( )A.用米尺测量金属丝旳全长三次,算出其平均值B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值C.用伏安法测电阻时采纳电流表内接线路,屡次测量后算出平均值;D.试验中保持金属丝旳温度不变[答案]AC[解析]应量出金属丝接入电路中旳有效长度,而不是全长;金属丝旳电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它分流作用很小,应采纳电流表外接法,故AC 操作错误·二、非选择题2.(2021·南平适应性检测)不同材料旳物质,电阻率随温度旳变更规律是不同旳,一般金属材料旳电阻率随温度旳上升而增大,而半导体材料旳电阻率那么与之相反,随温度旳上升而减小·某课题探讨组须要探讨某种导电材料旳导电规律,他们用该种导电材料制作成电阻较小旳线状元件W做试验,测量元件W旳电压、电流旳变更规律,并作出U-I图象,要求元件W两端电压从零渐渐增大·(1)他们应选用以下图所示四个测量电路中旳________电路进展试验(2)试验测得元件W旳电压与电流旳关系如下图·推断元件W是金属材料还是半导体材料?答:__________________________________________________ ______________________·[答案](1)C (2)半导体材料[解析](1)要求元件W旳电压从零开场渐渐增大,应选滑动变阻器旳分压式连接,元件W电阻较小,电流表采纳外接法,那么C选项正确;(2)由U-I图象可知,电阻随U增大(或温度上升)而减小,所以应为半导体材料·3.(2021·广东卷)某同学测量一个圆柱体旳电阻率,须要测量圆柱体旳尺寸和电阻·(1)分别运用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体旳长度和直径,某次测量旳示数如图(a)和图(b)所示,长度为________cm,直径为________mm·(2)按图(c)连接电路后,试验操作如下:(a)将滑动变阻器R1旳阻值置于最________处(填“大〞或“小〞);将S2拨向接点1,闭合S1,调整R1,使电流表示数为I0;(b)将电阻箱R2旳阻值调至最________(填“大〞或“小〞);S2拨向接点2;保持R1不变,调整R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280Ω;(3)由此可知,圆柱体旳电阻为________Ω·[答案](1)5.01 5.316(5.310~5.320) (2)(a)大(b)大(3)1280[解析](1)游标卡尺旳精度为0.1mm,所以L=(50+1×0.1)mm=5.01cm,螺旋测微器旳读数为d·(2)为了爱护电流表,在接通电路之前,要使电路中旳总电阻尽可能大,然后渐渐减小电路中旳电阻·旳小灯泡,现要用伏安法描绘这个灯泡旳I-U图象,有以下器材供选用:A.电压表(0~3V,内阻6kΩ)B.电压表(0~15V,内阻30kΩ)C.电流表(0~3A,内阻0.1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻0.5Ω)E.滑动变阻器(10Ω,2A)F.滑动变阻器(200Ω,0.5A)G.蓄电池(电动势6V,内阻不计)(1)用如下图旳电路进展测量,电压表应选用________,电流表应选用________,滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)(2)通过试验测得此灯泡旳伏安特性曲线如下图,由图象可求得此灯泡在正常工作时旳电阻为________Ω;(3)假设将此灯泡与电动势6V、内阻不计旳电源相连,要使灯泡正常发光,需串联一个阻值为________Ω旳电阻·[答案](1)A D E (2)10 (3)11[解析]旳实际电流,由R=U LI可求得电阻;假设将小灯泡与6V电源连接,由U L=E-ER+R1R1,可解得R1·5.为测量肯定值电阻R x(约15~20Ω)旳阻值,试验室供应旳主要器材如下:电池组E(电动势约3V)电流表(量程0~0.6A)电压表(量程0~3V)电阻箱R(阻值范围0~999.9Ω)为使测量尽可能精确,某同学用图甲所示电路进展测量·闭合开关,调整电阻箱R旳值,读出电阻箱旳阻值R及对应电表、旳示数,I、U,所得数据如下表所示:次数1234 5R/ΩI/AU/VIUΩ-11RΩ-1完成以下问题:(1)请用笔画线代替导线,将图乙中实物连成试验电路;(2)将电流表、电压表视为志向电表,那么电流表旳示数I 、电压表旳示数U 、电阻箱旳阻值R 及待测电阻R x 四个物理量之间满意旳关系式是________;(3)依据表中给出旳数据,在图丙给出旳坐标系中作出I U -1R 图象;(4)由作出旳I U -1R 图象,可求得电阻R x 旳测量值为R x =________Ω(保存3位有效数字)·[答案] (1)如图1所示(2)I U =1R +1R x(3)如图2所示 (4)16.1(15.3~18.2)[解析] (1)依据原理图连接实物图,这里要留意电表旳正进负出以及把导线接在电阻箱接线柱上;R x 与R 并联,那么U =R x ·R R x +R I ,整理可得I U =1R +1R x ·(2)依据数据描点连线,留意让尽可能多旳点落在图象上,不能落在图象上旳点分布在图象两侧,个别点偏离太大那么舍弃不用·(3)由表达式I U =1R +1R x 结合图象可知,截距为1R x -1,那么R x ·6.(2021·东北三校二模)有一个额定电压为10V 、额定功率在10~15W 之间旳用电器L (该用电器在电路中可用电阻符号表示),为了测定它旳额定功率,现有下面器材可供选用:A .电动势为3V 、15V 、50V 旳直流电源各一个(内阻均不计)B .三种规格旳滑动变阻器各一个:R 1(规格为0~5Ω 3A)、R 2(规格为0~15Ω 2A)、R 3(规格为0~50 Ω 1 A)C .量程分别为0~0.6A 、0~3A 内阻可忽视旳双量程直流电流表一只D .量程为0~3V 、内阻为2kΩ旳直流电压表一只E .阻值为r 1=2kΩ、r 2=6kΩ、r 3=20kΩ旳定值电阻各一个(试验中只能选用一个)F .开关一个,导线假设干利用上述仪器,为使测量尽可能精确、便利,并使耗电功率最小,请答复: (1)应当选择旳滑动变阻器是______________________________________________________________________________·(2)应当选择旳电流表量程是_____________________________________________________________________________·(3)画出测量电路图·(4)假设电表旳指针如下图,由此可求得该用电器额定功率P =________W(结果保存三位有效数字)·[答案] (1)R 2[解析] 由P =UI 得,用电器L 旳最大电流为1.5A ,又由R L =U 2P 得:用电器L 旳最大电阻为10Ω,为了测量便利和平安,滑动变阻器选用R 2,电流表选用0~3A ,由于选用旳滑动变阻器最大阻值为15Ω,而电路又无特别要求,那么电路选用限流供电,而电压表旳量程较小,须要改装电压表,r 2与电压表串联测电压,由串并联电路特点,3V U 0=2kΩ2kΩ+6kΩ,U 0=12V ,由于电流表旳内阻可以忽视,电流表内接·电路图如下图·电压表旳读数为2.5V ,经计算可知用电器L 两端旳电压U L =10V ,电流表旳读数为1.2A ,那么P =U L I ·7.(2021·江苏三校联考)实际电流表有内阻,可等效为志向电流表与电阻旳串联·测量实际电流表G 1旳内阻r 1旳电路如下图.供选择旳仪器如下:①待测电流表G 1(0~5mA ,内阻约300Ω); ②电流表G 2(0~10mA ,内阻约100Ω); ③定值电阻R 1(300Ω); ④定值电阻R 2(10Ω); ⑤滑动变阻器R 3(0~1000Ω); ⑥滑动变阻器R 4(0~20Ω); ⑦干电池(1.5V); ⑧电键S 及导线假设干·(1)定值电阻应选________,滑动变阻器应选________·(在空格内填写序号) (2)用连线连接实物图· (3)补全试验步骤;①按电路图连接电路,将滑动触头移至最________端(选填“左〞或“右〞); ②闭合电键S ,移动滑动触头至某一位置,记录G 1、G 2旳读数I 1、I 2; ③屡次移动滑动触头,记录相应旳G 1、G 2读数I 1、I 2; ④以I 2为纵坐标、I 1为横坐标,作出相应图象,如下图·(4)依据I 2-I 1图象旳斜率k 及定值电阻,写出待测电流表内阻旳表达式____________________________·[答案] (1)③ ⑥ (2)如图(3)①左 (4)r 1=(k -1)R 1[解析] 依据试验原理,待测电阻r 1=I 2-I 1I 1R ,因为两电流表旳量程之差与待测电流表旳量程相当,所以与G 1并联旳定值电阻旳阻值与r 1差不多,约为300Ω,可以使G 1示数有较大范围变更减小误差,故定值电阻选R 1;滑动变阻器用旳是分压式接法,应选用阻值较小旳变阻器,选R 4·由r 1=I 2-I 1I 1R 1=(I 2I 1-1)R 1,解得r 1=(k -1)R 1·8.(2021·广东深圳一模)“描绘小灯泡旳伏安特性曲线〞试验中,供应旳试验器材有: A .小灯泡(额定电压为3.8V ,额定电流约为0.3A) B .电流表A(0~0.6A ,内阻约为0.5Ω) C .电压表V(0~6V ,内阻约为5kΩ) D .滑动变阻器R 1(0~10Ω,2A) E .滑动变阻器R 2(0~100Ω,0.2A) F .电源(6V ,内阻不计) G .开关及导线假设干(1)试验中滑动变阻器选________(选填“R 1〞或“R 2〞)·(2)该同学设计了试验测量电路,通过变更滑动变阻器滑片旳位置,使电流表旳读数从零开场变更,记录多组电压表旳读数U 和电流表旳读数I ·请在图甲中用笔画线代替导线将试验电路连接完整·(3)该同学依据试验数据作出了如图乙旳U -I 图象,依据图象可知小灯泡旳电阻随着电流旳增大而________(选项“增大〞“减小〞或“不变〞)·[答案] (1)R 1 (2)如下图 (3)增大[解析] (1)试验采纳滑动变阻器旳分压式调控, 滑动变阻器应选R 1·(2)电流值和电压值从0开场可调,待测电阻旳最大阻值R x =,0.3)Ω≈13Ω,且R x <R A R V ,电流表采纳外接法·(3)由U -I 图象, 小灯泡旳电阻R x =UI 随着电流旳增大而增大·。
测量导体的电阻电阻率实验和电表内阻的测量考点01 导体电阻率的测量实验1. (2024年高考江苏卷)有一块个长方体霍尔元件,长、宽、高分别为a、b、c,如图甲所示。
为了测量该霍尔元件的电阻率,进行了如下操作。
(1)用多电电表测量电阻,沿ab方向测得的电阻为10Ω,沿bc方向的电阻如图乙所示,由图读出沿bc方向的电阻为________(2)某同学根据如图丙所示的电路图连接实物图丁,请判断连接错误的区域是_________(3)测量bc方向的电阻时,手头有两个滑动变阻器,应选择________A.滑动变阻器:最大阻值为5Ω,允许通过的最大电流为1.0AB.滑动变阻器:最大阻值为500Ω,允许通过的最大电流为0.5A(4)接通开关前,滑动变阻阻滑片应放在________(5)测量小电阻时,用微安表(量程0~100μA,内阻约为4Ω),测得电阻率为1.15Ω∙m,测量大电阻时,用电流表(量程0~100mA,内阻约为1Ω),测得电阻率为1.32Ω∙m,小明说,沿ab方向的电阻小,所测量的误差小,请判断是否正确?简述理由________【参考答案】(1)300Ω(2)A (3)B (4)最右端(5)不正确。
【名师解析】(1)根据多用电表欧姆档读数规则,沿bc方向的电阻为3×100Ω=300Ω。
(2)连接错误的区域是A区域,电压表的左边接线柱应该连接到电阻的左端。
(3)由于沿bc方向的电阻约为300Ω,滑动变阻器为限流接法,所以测量bc方向的电阻时,应该选用最大阻值为500Ω的滑动变阻器B。
(4)接通开关前,滑动变阻阻滑片应放在测量电路电压最小处,即接通开关前,滑动变阻阻滑片应放在最右端。
(5)沿ab方向的电阻约为10Ω,若用内阻为4Ω的微安表测量其相对误差为40%;沿bc方向的电阻约为300Ω,若用内阻为1Ω的电流表测量其相对误差为0.3%;所以沿ab方向的电阻小,所测量的误差大,小明的说法错误。
专题13.2 测量导体的电阻率实验1.(2020辽宁重点中学协作体5月模拟)某同学用图甲所示电路测量一段金属丝的电阻率,待测金属丝粗细均匀,阻值约为100Ω。
备选器材如下:A.量程为5mA、内阻r1=50Ω的电流表B.量程为0.6A、内阻r2=0.2Ω的电流表C.量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表D.最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器E.定值电阻R1=5ΩF.定值电阻R2=500ΩG.电动势E=6V、内阻很小的直流电源H.开关一个,导线若干I.螺旋测微器,刻度尺(1)该同学用螺旋测微器测量待测金属丝的直径如图乙所示,则螺旋测微器的示数D= mm。
(2)为了能尽可能精确地测量该金属丝的电阻率,电流表应选用(填“A”或“B”),定值电阻应选用(填“E”或“F”)。
(3)电压表的示数记为U,所选用电流表的示数记为I,则该金属丝的电阻的表达式Rx= ;若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L,则其电阻率的表达式为ρ= (表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示,不得直接用数值表示)【参考答案】(1)5.898(3分),(2).A E(2分),(3).()()1111R U IrI r R-+(2分),()()211114D R U IrLI r Rπ-+(2分)【名师解析】(1)根据螺旋测微器读数规则,金属丝直径D=5.5mm+0.398mm=5.898mm。
2.(12分)(2020安徽合肥一模)为了精密测量一金属丝的电阻率:(1)(6分)如图甲所示,先用多用表×1Ω挡粗测其电阻为 Ω,然后用螺旋测微器测其直径为mm ,游标卡尺测其长度为 cm 。
(2)(6分)为了减小实验误差,需进一步测其电阻,除待测金属丝外,实验室还备有的实验器材如下: A .电压表V(量程3V ,内阻约为15kΩ;量程l5V ,内阻约为75 kΩ) B .电流表A(量程0.6A ,内阻约为1Ω;量程3A ,内阻约为0.2 Ω) C .滑动变阻器R 1(0~5Ω,0.6 A) D .滑动变阻器R 2(0~2000Ω,0.1 A) E .1.5V 的干电池两节,内阻不计 F .电阻箱图甲G.开关S,导线若干为了测多组实验数据,则上述器材中的滑动变阻器应选用(填“R1”或“R2”)。
河北2013高考二轮复习实验专题训练电阻和电阻率的测量1.(1)在“测定金属的电阻率”的实验中,为了安全、准确、方便地完成实验:①除电源(电动势为4V,内阻很小)、电压表V(量程3V,内阻约3kΩ),待测电阻丝(约3Ω)、导线、开关外,电流表应选用,滑动变阻器应选用(选填下列器材的字母符号).A.电流表A1(量程600mA,内阻约1Ω)电流表A2(量程3A,内阻约0.02Ω)B.滑动变阻器R1(总阻值10Ω)滑动变阻器R2(总阻值100Ω)②若用右图所示的电路测量金属丝的电阻,电压表的左端应与电路中的金属丝_______点相连(选填“a”或“b”).若某次测量中,金属丝的长度为L,直径为D,电压表和电流表读数分别为U和I,请用上述直接测量的.物理量(D、L、U、I)写出电阻率ρ的计算式:ρ=2、①某实验小组在“测定金属电阻率” 的实验过程中,正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如第34题图4所示,则它们的读数值依次是__________mm、___________A、__________V。
②已知实验中所用的电流表内阻约几欧,电压表内阻约20kΩ,则本实验电路应当采用第34题图5中的_____________(填A或B),用此电路测量的金属丝电阻比真实值偏_______________(选填“大”或“小”)。
③若已知实验所用的电流表内阻的准确值为R A,那么能准确测量金属丝电阻R x的电路应选上图中的______电路(填A或B)。
若此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻R x=______(用题中字母代号表示)。
若用米尺测得金属丝的长度为L,用螺旋测微器测得金属丝直径为d,则该金属丝的电阻率ρ=____(用π、d、L、R x表示)。
用螺旋测微器测得金属丝直径为d,金属丝横截面积S=πd2/4,由电阻定律R x=ρL/S,则该金属丝的电阻率ρ=24xd RLπ。
3.某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为20Ω)材料的电阻率。
他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。
可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0V,内阻约1Ω);电流表A1(量程0~100mA,内阻约5Ω);电流表A2(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω);电阻箱R(0~999.9Ω);开关、导线若干。
他们的实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在三个不同的位置分别测量电阻丝的直径d;B.根据提供的器材,设计并连接好如图甲所示的电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关S;D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的示值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏。
重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。
F.断开开关,拆除电路并整理好器材。
(1)小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示,则这次直径的测量值d=______________mm;(2)实验中电流表应选择_________(选填“A1”或“A2”);(3)小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,可求出这种电阻丝材料的电阻率 =__________(用给定的物理量符号和已知常数表示)。
4.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50cm。
(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1所示,其读数应为___________mm(该值接近多次测量的平均值);(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电动势为3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、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:图2由以上数据可知,他们测量R x 是采用图2中的_________图;(3)图3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 置于变阻器的一端.请根据图(2)所选的电路图,补充完成图3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4所示,请根据实验记录数据描绘出U ─I 图线,由图线得到金属丝的阻值R x =___________Ω (保留两位有效数字);(5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为___________(填选项前的符号)。
A .1×10-2Ω⋅mB .1×10-3Ω⋅mC .1×10-6Ω⋅mD .1×10-8Ω⋅m 答案.(12分)(1)(0.395~0.399)(2分)(2)甲(2分)(3)如答图3(2分)5.在“用伏安法测定一条金属丝(总电阻约10Ω)电阻率”的实验中。
①某同学用螺旋测微器测得金属丝直径d如图甲所示,可读得d = mm。
②他又把金属丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在金属丝上夹上一个小金属夹P,移动金属夹P的位置,从而改变接入电路中金属丝的长度。
把这样的装置接入实验电路中,如图乙所示。
但他连接线路时却出现了两处错误,请用“×”标在错误的导线上,再用笔画线代替导线给予改正。
③闭合开关前,滑动变阻器触头应移至(填“左”或“右”)端。
闭合开关后,滑动变阻器触头调至一合适位置后不动,以后通过多次改变P点的位置,得到多组U、I、L 的数据,U/I即得到金属丝长L时对应的电阻R。
把这多组L和R的数据,绘成如图丙所示图线,则该图线斜率表示的物理意义是(要求用文字表述)。
④如果图线的斜率k=1Ω/m,则该金属丝电阻率 = 。
(保留二位有效数字)6.某同学用电压表和电流表测量R x的电阻,已知电压表内阻约3kΩ,电流表内阻约1Ω。
(1)某同学用如图甲所示电路测量电阻R x,R x的测量值比真实值_______(选填“偏大”或“偏小”);若被测电阻R x的阻值约为10Ω,应采用图______(选填“甲”或“乙”)所示由路误差会比较小。
(2)无论是用图甲还是图乙所示电路测量,都不可避免地会产生由电表内阻引起的系统误差。
某学习小组设计了以下方案,以避免电表内阻引起的系统误差。
该方案利用图丙所示的电路进行测量,主要实验步骤如下:第一步:将单刀双掷开关S2接2,闭合开关S1,调节滑动变阻器R p1和R p2,使电表读数接近满量程,但不超过量程,记录此时电压表和电流表的示数U1、I1①请你写出第二步操作步骤,并说明需要记录的数据;______________________________________________________________________②用测得数据计算被测电阻阻值的计算式是R x=____________________。
③简要说明此实验方案为什么能避免由电表内阻引起的实验误差。
____________________________________________________________________7.某电阻R的额定电压3V,阻值约为100Ω,为准确测量其阻值,提供实验器材如下:A.电源:电动势4V,内阻约1ΩB.电压表V1:0~3V,电阻约10kΩC.电压表V2:0~15V,电阻约50kΩD.电流表A1:0~30mA,电阻约10ΩE.电流表A2:0~0.6A,电阻约0.5ΩF.滑动变阻器R1:0~10Ω,额定电流1AG.滑动变阻器R2:0~100Ω,额定电流30mAH.电键、导线若干请按要求回答下列问题(1)为较准确测量电阻R的阻值,要求各电表指针能有较大的变化范围,电压表应选,电流表应选,滑动变阻器应选。
(填器材前面的序号)。
(2)在方框中画出实验电路图。
8.在“测金属的电阻率”的实验中,分别用游标卡尺和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和横截面的直径如图所示。
则该圆柱体的长度为______mm,横截面的直径为_________mm。
22.答案:49.15 4.699解析:根据游标卡尺读数规则,该圆柱体的长度为49mm+3×0.05mm=49.15mm,根据螺旋测微器读数规则,圆柱体横截面的直径为4.5mm+0.199mm=4.699mm。
9.某学习小组用伏安法测量一未知电阻R x的阻值,给定器材及规格为:电流表A(量程为0~5mA.内阻约为10Ω);电压表V (量程为0~3V.内阻约为3kΩ);最大阻值约为50Ω的滑动变阻器;电源E(电动势约3V);开关S、导线若干。
(l)由于不知道未知电阻的阻值范围,先采用如图电路试测,读得电压表示数大约为2.0V.电流表示数大约为4.0mA,则未知电阻阻值R x大约为Ω;(2)经分析,该电路测量误差较大,需要作改进。
请在方框内画出改进后的测量原理图;(3)用改进后的电路进行测量,其测量值(填“等于”、“小于”、“大于”)真实10.小明利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20Ω。
他首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。
可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0V,内阻约1Ω);电流表A1(量程0~100mA,内阻约5Ω);电流表A2(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω);电阻箱R(0~999.9Ω);开关、导线若干。
小明的实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;B.根据所提供的实验器材,设计并连接好如图甲所示的实验电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关;D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏。
重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。
F.断开开关。
①小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示,则这次测量中该电阻丝直径的测量值d=____________ mm;②实验中电流表应选择_____________(选填“A1”或“A2”);③小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,可求出这种电阻丝材料的电阻率ρ=________(用给定的物理量符号和已知常数表示)。