2018秋学期高中物理(粤教版)选修3-1检测第二章第八节实验:测定金属电阻丝的电阻率Word版含解析
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高中物理 实验:测定金属的电阻率学案 粤教版选修31一、实验目的通过________法,用电流表、电压表测金属的电阻,进一步测定电阻率. 二、实验原理1.根据部分电路的欧姆定律,导体电阻R =______. 2.根据电阻定律,导体电阻R =________.3.用毫米刻度尺测出一段金属导线的长度l ,用螺旋测微器测出导线的直径d ,推出ρ=________________________________________________________________________. 三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、电键及导线、被测金属导线、电池、________________________________________________________________________. 四、电流表的两种不同接法(完成下表)比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差原因 测量结果 适用条件一、伏安法测电阻的电路选择1.计算判定法若已知待测电阻的大约值R x ,电流表的内阻R A 和电压表的内阻R V ,则当R x R A >R VR x时说明R x ≫R A比R x ≪R V 符合得好,应采用________;当R x R A <R VR x时,说明R x ≪R V 比R x ≫R A 符合得好,应采取__________________. 2.试触法图1按如图1所示电路图连接,空出电压表的一个接头S ,然后将S 分别与a 、b 试触一下,观察电压表和电流表的示数变化情况:若电流表示数有显著变化,说明________作用较强,即R x 是一个高阻值电阻,应选用______________法,S 应接____________测量;若电压表示数有显著变化,说明______作用较强,即R x 是一个低阻值电阻,应选用____________法,S 应接____________测量. 二、数据处理电阻R 的数值可用以下两种方法确定: 1.计算法:将每次测量的U 、I 分别计算出电阻,再求出电阻的____________作为测量结果. 2.图象法:可建立I -U 坐标系,将测量的U 、I 值描点作出图象,利用图象的____________来求出电阻值R.例1 一个未知电阻,无法估计其电阻值,某同学用伏安法测量此电阻,用图2(a )、(b )两种电路各测一次,用(a)图所测数据为3.0 V、3.0 mA,用(b)图测得的数据是2.9 V、4.0 mA,由此可知,用________图测得R x的误差较小,测量值R x=__________.图2听课记录:变式训练1 用伏安法测未知电阻R x时,若不知道R x的阻值,为了选择正确的电路接法以减小误差,可将电路按如图3所示连接,只空出电压表的一个接头S,然后S分别与a、b接触一下,观察电压表和电流表示数变化的情况,那么( )A.若电流表示数有显著变化,S应接aB.若电流表示数有显著变化,S应接bC.若电压表示数有显著变化,S应接aD.若电压表示数有显著变化,S应接b例2 如图3所示为用伏安法测定一个定值电阻的阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:图3(1)待测电阻R x(约100 Ω)(2)直流毫安表(量程0~20 mA,内阻50 Ω)(3)直流电压表(量程0~3 V,内阻5 kΩ)(4)直流电源(输出电压6 V,内阻不计)(5)滑动变阻器(阻值范围0~15 Ω,允许最大电流1 A)(6)开关一个,导线若干根据器材规格及实验要求,在本题的实物图上连线.变式训练2 已知一个电阻额定功率为0.5 W,粗测其阻值约为16 Ω,现用伏安法测定它的阻值.A.电流表(量程0~200 mA,内阻20 Ω)B.电流表(量程0~3 A,内阻0.1 Ω)C.电压表(量程0~3 V,内阻10 kΩ)D.电压表(量程0~15 V,内阻30 kΩ)E.滑动变阻器(0~20 Ω,电流1 A)F.电源电压12 V(1)实验中电流表应选用______________,电压表应选用______________.(填字母符号).(2)在实验电路中,滑动变阻器的连接方式为__________________,其理由是___________.(3)画出实验电路图.(4)将图4中实物用导线连接起来.图4【即学即练】1.图5如图5所示为伏安法测电阻的一种常用电路.以下分析正确的是( )A.此接法的测量值大于真实值B.此接法的测量值小于真实值C.此接法要求待测电阻值小于电流表内阻D.开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最左端2.图6甲是学生实验的有两个量程的电流表刻度盘,当用“-”和“0.6”两接线柱时,能测量的最大电流是______A,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为__________A;当使用电流表的“-”和“3”两个接线柱时,对应刻度盘上每一小格代表______A,图中表针示数为__________A.图6图乙为学生实验用的两个量程的电压表刻度盘,当使用较小量程时,测量电压最大值不得超过________ V,每小格表示________ V,图中指针示数________ V;若使用的是较大量程,则表盘刻度每小格表示________V,图中指针示数________ V.图73.如图7所示,电流表和电压表的读数分别为0.1 A和10 V,已知电流表的内阻R A=0.2 Ω,那么待测电阻R x的测量值为________,真实值为________.参考答案课前自主学习 一、 伏安 二、 1.U I 2.ρl S 3.πd 2U 4lI 三、滑动变阻器 比较项目 电流表内接法电流表外接法电路误差 原因 由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大测量 结果 R 测=UI =R A +R x >R x ,测量值偏大R 测=U I =R V R xR V +R x<R x ,测量值偏小适用 条件R x ≫R A ,测量大电阻R x ≪R V ,测量小电阻一、1.电流表内接法 电流表外接法2.电压表的分流 电流表内接 b 电流表的分压 电流表外接 a 二、1.平均值 2.斜率 解题方法探究例1 (a) 1 000 Ω解析 绝对变化⎩⎪⎨⎪⎧ΔU =0.1 VΔI =1 mA ,相对变化⎩⎪⎨⎪⎧ΔUU 1=30%ΔII 1=33%,ΔII 1大,故选用电流表内接法.R x=U I =3.0 V3.0 mA =1 000 Ω 变式训练1 BC 例2 见解析图解析 (1)先确定采用电流表内接电路还是外接电路.因为R x R A =10050=2<R V R x =5×103100=50,所以采用电流表外接.(2)再确定滑动变阻器是采用限流式接法还是分压式接法.若采用限流式接法,则滑动变阻器阻值达到最大值时,电阻中电流最小,I =ER x +R +R A=6100+15+50A≈36 mA ,此时电阻R x 的电压约为3.6 V ,均已超过电流表和电压表量程,故必须采用滑动变阻器分压式接法.实验电路和实物连线如图所示.变式训练2(1)A C (2)分压 若用限流电路,电路中最小电流将会超过电流表量程 (3)A 外接,如右图所示 (4)实物图略 即学即练 1.A2.0.6 0.02 0.340 0.1 1.70 3.0 0.1 2.20 0.5 11.0 3.100 Ω 99.8 Ω解析 电流表与R x 串联,构成待测电阻R x 的电流表内接法电路.R 测=U I =100.1 Ω=100 Ω.又R 测=U I =U Rx +U A I =U Rx I +U AI=R 真+R A ,所以R 真=R 测-R A =(100-0.2) Ω=99.8 Ω.。
高中物理第二章电路实验:测定金属的电阻率学案粤教版选修310730184实验:测定金属的电阻率[学科素养与目标要求]物理观念:1.通过实验探究得出影响导体电阻的因素.2.掌握测定金属电阻率的实验原理.3.掌握螺旋测微器的读数方法.科学探究:1.了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法.2.能进行分组分层、自主合作探究,能综合信息进行数据处理.科学思维:1.进一步掌握用伏安法测电阻电路的设计思想,会根据不同情况设计电路图.2.会根据情况选择滑动变阻器接入电路的方式.一、螺旋测微器和游标卡尺1.螺旋测微器的原理及读数方法(1)构造及原理如图1所示,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5mm,即旋钮D 每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01_mm.图1(2)使用方法当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D′,直到听到“喀喀”声.(3)读数方法L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值.注意:①以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略.②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.2.游标卡尺的原理及读数方法(1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺.(如图2所示)图2(2)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1mm.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的,其规格见下表:刻度格数(分度)刻度总长度 1mm 与每小格的差值 精确度(可精确到) 109mm 0.1mm 0.1mm 2019mm 0.05mm 0.05mm 5049mm 0.02mm 0.02mm(3)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.(4)读数:若用x 表示从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度线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(x +K ×精确度) mm.二、测定金属的电阻率1.实验原理(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R (R =UI).电路原理图如图3所示.图3(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l ,用螺旋测微器测出金属丝的直径d ,算出横截面积S (S =πd 24). (3)由电阻定律R =ρl S ,得ρ=RS l =πd 2R 4l =πd 2U 4lI,求出电阻率.2.实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电源、滑动变阻器.3.实验步骤(1)测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录.(2)连电路:按如图3所示的电路图连接实验电路.(3)量长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录.(4)求电阻:把滑动变阻器的滑动触头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,闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S.(5)拆除实验电路,整理好实验器材.4.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定:(1)计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.(2)图象法:可建立I-U坐标系,将测量的U、I值描点作出图象,利用图象的斜率的倒数来求出电阻值R.5.实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法;(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度,且金属丝伸直),并将金属丝拉直;在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.一、实验原理及操作例1在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中,用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图4所示,金属丝的匝数为39,用米尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.图4(1)从图中得出金属丝的直径为________mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:A .电压表0~3V ,内阻约10kΩB .电压表0~15V ,内阻约50kΩC .电流表0~0.6A ,内阻约0.05ΩD .电流表0~3A ,内阻约0.01ΩE .滑动变阻器,0~10ΩF .滑动变阻器,0~100Ω①要求较准确地测出其阻值,电压表应选________,电流表应选________,滑动变阻器应选________.(填序号)②实验中某同学的实物接线如图5所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.图5错误a :________________________________________________________________________; 错误b :________________________________________________________________________. 答案 (1)0.649(0.646~0.652均可) (2)①A C E②导线连接在了滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法解析 (1)从题图可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53cm ,故直径为2.53cm 39≈0.0649cm=0.649mm.(2)①因为两节干电池的电动势约是3V ,用3V 量程的电压表A ;因为金属丝的电阻大约为5Ω,如果把3V 的电动势全加在金属丝上,电流约为0.6A ,因此用量程是0.6A 的电流表C ;此题中金属丝的电阻大约为5Ω,为了减小实验误差,应选10Ω的滑动变阻器E.二、仪器的读数及数据处理例2 (2018·深圳市高中联盟期末)张明同学在测定某种合金丝的电阻率时:(1)用螺旋测微器测得其直径为________mm(如图6甲所示);(2)用20分度的游标卡尺测得其长度为________cm(如图乙所示);(3)用图丙所示的电路测得的电阻值将比真实值______(填“偏大”或“偏小”).图6答案 (1)3.202(3.201~3.203均可) (2)4.975 (3)偏小解析 (1)螺旋测微器的读数为:D =3mm +20.2×0.01mm=3.202mm ;(2)游标卡尺的读数为:L =49mm +15×0.05mm=49.75mm =4.975cm ;(3)由欧姆定律得:金属丝的电阻值R =U I,由于电压表的分流作用使电流的测量值偏大,则电阻的测量值偏小.例3 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.图7(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7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R x .实验所用器材为电池组(电动势3V ,内阻不计)、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:次数 12 3 4 5 6 7 U /V 0.100.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I /A0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520由以上实验数据可知,他们测量R x 是采用图8中的________图(选填“甲”或“乙”).图8(3)图9是测量R x 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(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.图9(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图10所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出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).图10(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________.A.1×10-2Ω·m B.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·m D.1×10-8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差,本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的是________.A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由读数引起的误差属于系统误差B.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.396~0.399均正确) (2)甲(3)见解析图(4)见解析图 4.5(4.3~4.7均可) (5)C (6)CD解析(1)螺旋测微器的读数为0mm+39.8×0.01mm=0.398mm.(2)由实验记录的数据可知R x的阻值大约为5Ω.由题知R x≪R V,故电流表Ⓐ外接.若滑动变阻器接为限流式接法,电路中最小电流值I min=ER1+R+R A≈0.12A,其中R1为R x与R V的并联电阻值且R1≈R x.则R x两端的电压最小值U min=I min R x≈0.6V,而从实验数据可知R x两端电压是从0.10V开始的,因此滑动变阻器采用的是分压式接法.(3)实物连接图如图(a)所示(4)图线应过原点,选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,明显偏离的点应舍去,如图(b)所示.图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值R x≈4.5Ω.(5)根据R x=ρlS得金属丝的电阻率ρ=R x Sl=πR x d24l=3.14×4.5×(0.398×10-3)24×0.5Ω·m≈1×10-6Ω·m,故选项C正确.(6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的,其测量结果总是偏大或偏小;偶然误差具有随机性,可以通过多次测量取平均值来减小偶然误差.[学科素养] 通过本题学生练习了螺旋测微器的读数方法,提高了根据实际情况设计、选择电路图的能力,锻炼了分析处理实验数据的能力.在解题过程中,展现了实验探究过程中交流、反思的能力.本题着重体现了“实验探究”的学科素养.1.(2017·启东中学高一下期末)在测定某一均匀细圆柱体材料的电阻率实验中.图11(1)如图11甲所示,用游标卡尺测其长度为________cm;图乙用螺旋测微器测其直径为________mm.(2)其电阻约为6Ω.为了较为准确地测量其电阻,现用伏安法测量.实验室除提供了电池E(电动势为3V,内阻不计)、开关S、导线若干,还备有下列实验器材:A.电压表V1(量程3V,内阻约为2kΩ)B.电压表V2(量程15V,内阻约为15kΩ)C.电流表A1(量程3A,内阻约为0.2Ω)。
实验:测定金属的电阻率注意事项(1)先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量;(2)电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法;(3)电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大.误差分析[例1]在“测定金属导体的电阻率”的实验中,待测金属丝的电阻R x约为5 Ω,实验室备有下列实验器材A.电压表(量程0~3 V,内阻约为15 kΩ)B.电压表(量程0~15 V,内阻约为75 kΩ)C.电流表(量程0~3 A,内阻约为0.2 Ω)D.电流表(量程0~0.6A,内阻约为11 Ω)E.变阻器R1(0~100 Ω,0.6 A)F.变阻器R2(0~2 000 Ω,0.1 A)G.电池组E(电动势为3 V,内阻约为0.3 Ω)H.开关S,导线若干(1)为减小实验误差,应选用的实验器材有(填代号)________.(2)为减小实验误差,应选用图1中________(填甲或乙)为该实验的电路原理图,并按所选择的电路原理图把图2中的实物图用线连接起来.图1图2(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm,用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图3所示,则金属丝的直径为________mm,电阻值为________Ω.图3[例2]有一金属电阻丝的阻值约为20Ω,现用以下实验器材测量其电阻率:A.电压表V1(量程0~15V,内阻约15kΩ)B.电压表V2(量程0~3V,内阻约3kΩ)C.电流表A1(量程为0~0.6A,内阻约为0.5Ω)D.电流表A2(量程为0~50mA,内阻约为10Ω)E.滑动变阻器R1(阻值范围0~1kΩ,允许最大电流0.2A)F.滑动变阻器R2(阻值范围0~20Ω,允许最大电流1.0A)G.螺旋测微器H.电池组(电动势3V,内电阻0.5Ω)I.开关一个和导线若干①某同学决定采用分压式接法调节电路,为了准确地测量出电阻丝的电阻,电压表选,电流表选,滑动变阻器选(填写器材前面的字母);②用螺旋测微器测量该电阻丝的直径,示数如图所示,该电阻丝直径的测量值d= mm;③如图所示,将电阻丝拉直后两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,其间有一可沿电阻丝滑动的触头P,触头的上端为接线柱c.当按下触头P时,它才与电阻丝接触,触头的位置可在刻度尺上读出.实验中改变触头与电阻丝接触的位置,并移动滑动变阻器的滑片,使电流表A示数I保持不变,记录对应的电压表读数U.该同学的实物连接如下图所示,他的连线是否正确,如果有错,在连接的导线上打“×”并重新正确连线;如果有导线遗漏,请添加导线,完成正确的实物连接图.④利用测量数据描点作出U–L图线,如图所示,并求得图线的斜率k.用电阻丝的直径d、电流I和斜率k表示电阻丝的电阻率ρ= .[例3]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下图所示,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:由以上数据可知,他们测量Rx 是采用下图中的_________图(选填“甲”或“乙”).(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.次数 1 2 3 4 5 6 7 U /V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I /A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520V AR S R xRS乙甲V AR x(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,图中已标出了测量数据对应的4个坐标点.请在图4中标出第2、4、6次测量数据坐标点,并描绘出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⋅m B .1×10-3Ω⋅m C .1×10-6Ω⋅m D .1×10-8Ω⋅m(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是___________(有多个正确选项).A .用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B .由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C .若将电流表和电压表内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D .用U ─I 图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差课堂练习1.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。
第二章电路第一节探究决定导线电阻的因素A级抓基础1.根据电阻定律,电阻R=ρlS,对于温度一定的某种金属导线来说,它的电阻率()A.跟导线的电阻成正比B.跟导线的横截面积成正比C.跟导线的长度成反比D.由所用金属材料本身特性决定解析:电阻率由金属材料本身的特性决定,金属导线一定,在温度一定时,材料的电阻率一定与导线的长度、导线的横截面积无关;故A、B、C错误,D正确;故选D.答案:D2.下列说法正确的是()A.半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间,其电阻随温度升高而增大B.热敏电阻的特点是温度升高时电阻迅速减小C.导体中电流无穷大的现象叫超导现象D.导体的电阻与通过其中的电压和电流有关解析:半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间,其电阻随温度升高而减小,故A错误;热敏电阻的特点是温度升高时电阻减小,故B正确;电阻无穷小的现象叫超导现象,故C错误;导体的电阻是通过比值定义的,因此与通过其中的电压和电流无关,故D错误.答案:B3.(多选)一根阻值为R的均匀电阻丝,长为L,横截面积为S,设温度不变,在下列哪种情况下其电阻值仍为R()A.当L,S都增大1倍时B.当S不变,L增大1倍时C.当L和S都缩为原来的1 2时D.当L和横截面的半径都增大1倍时解析:根据电阻定律R=ρlS,电阻率不变,只要满足lS的比值不变即能使电阻值不变.解析:AC4.(多选)关于金属材料的电阻率有以下特点:一般而言,纯金属的电阻率小,合金的电阻率大.金属的电阻率随温度的升高而增大,有的金属电阻率随温度变化而显著变化,有的合金电阻率几乎不受温度的影响.根据以上信息判断下列说法,其中正确的是() A.连接电路用的导线一般用合金来制作B.电炉、电阻器的电阻丝一般用纯金属来制作C.标准电阻一般用电阻率几乎不受温度影响的合金来制作D.电阻温度计一般用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料制成解析:纯金属材料的电阻率较小,而合金材料的电阻率较大,一般连接电路用的导线是用纯金属材料来制作,电炉、电阻器的电阻丝一般用合金来制作,所以A、B选项错.答案:CD5.一只“220 V 100 W ”的灯泡工作电阻为484 Ω,拿一只这种灯泡来测量它不工作时的电阻应是( )A .等于484 ΩB .大于484 ΩC .小于484 ΩD .无法确定解析:金属的电阻率随温度的升高而增大,灯泡不工作时,温度降低,电阻率减小,导致电阻减小.解析:C6.一根粗细均匀的导线,当其两端电压为U 时,通过的电流是I ,若将此导线均匀拉长到原来的2倍时,电流仍为I ,导线两端所加的电压变为( )A. U 2B .UC .2UD .4U解析:导线原来的电阻为R =ρl S,拉长后长度变为2l ,横截面积变为S 2,所以R ′=ρl ′S ′=ρ2l S 2=4R . 导线两端原来的电压为U =IR ,拉长后为U ′=IR ′=4IR =4U ,故D 对.答案:DB 级 提能力7.(多选)图1是用来观察灯泡亮度变化的实验电路,图2是滑动变阻器的构造示意图,则下列说法中错误的是()A .a 接M 、c 接N ,P 向 b 移动灯变亮B .b 接M 、d 接N ,P 向 b 移动灯变暗C .c 接M 、d 接N ,P 向 b 移动灯一直最亮D .a 接M 、b 接N ,P 向 b 移动灯一直最暗解析:当a 接M 、c 接N 时,接入电路的部分是aP ,P 向b 滑动时,电路中的电阻变大,灯变暗,故A 错,同理B 错.答案:AB8.两根材料相同的均匀导线x 和y 串联在电路中,两导线沿长度方向的电势变化情况分别如图中的ab 段和bc 段图线所示,则导线x 和y 的横截面积之比为( )A .2∶1B .1∶2C .6∶1D .1∶6解析:ab 段和bc 段的电势差分别为2 V ,4 V ,电流相等,根据欧姆定律,得R ab R bc =U ab U bc =12,根据电阻定律,得R =ρL S ,则S =ρL R,横截面积之比:S ab S bc =L ab L bc ×R ab R bc =14×21=12.故选B. 答案:B9.现有半球形导体材料,接成如图所示甲、乙两种形式,则两种接法的电阻之比R 甲∶R 乙为( )图甲 图乙A .1∶1B .1∶2C .2∶1D .1∶4解析:将甲图半球形导体材料看成等大的两半部分的并联,则乙图中可以看成等大的两半部分的串联,设每一半部分的电阻为R ,则甲图中电阻R 甲=R 2,乙图中电阻R 乙=2R ,故R 甲∶R 乙=1∶4. 答案:D10.为了测定液体的电阻率,工业上用一种称为“电导仪”的仪器,其中一个关键部件如图所示.A 、B 是两片面积均为1 cm 2的正方形铂片,间距d =1 cm ,把它们浸在待测的液体中.若通过两根引线加在两铂片上的电压U =6 V ,测得电流I =1 μA ,求这种液体的电阻率是多少.解析:据R =U I =61×10-6 Ω=6×106 Ω, 由题意知:l =d =1 cm =10-2 m ,S =1 cm 2=10-4 m 2,据R =ρl S 可知ρ=RS l =6×106×10-41×10-2 Ω·m =6×104 Ω·m. 答案:6×104 Ω·m。
第八节遗实验:测定金属电阻丝的电阻率1.(1)用游标为50分度的游标卡尺测量某工件的长度时,示数如图所示,则测量结果应该读作________mm.(2)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图所示,此示数为________mm.答案:(1)10.40 (2)2.7202.(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为________mm,合金丝的直径为________mm.(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图1所示的实验电路图,按照该电路图完成图2中的实物电路连接.图1图2解析:(1)按照螺旋测微器的读数原则得,校零时的读数为0.007 mm,合金丝的直径为0.645 mm-0.007 mm=0.638 mm(在0.636 mm~0.640 mm都算正确).(2)连线如图所示.答案:(1)0.007 0.638(在0.636 mm~0.640 mm都算正确)(2)见解析3.在“探究决定导线电阻的因素”的实验中,待测金属丝的电阻Rx约为5 Ω,实验室备有下列实验器材:A.电压表(量程0~3 V,内阻约为15 kΩ)B.电压表(量程0~15 V,内阻约为75 kΩ)C.电流表(量程0~3 A,内阻约为0.2 Ω)D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)E.变阻器R1(0~100 Ω,0.6 A)F.变阻器R2(0~2 000 Ω,0.1 A)G.电池组E(电动势为3 V,内阻约为0.3 Ω)H.开关S,导线若干(1)为减小实验误差,应选用的实验器材有__________(填代号).(2)为减小实验误差,应选用如图中____为该实验的电路原理图,并按所选择的电路原理图把下图的实物图用线连接起来.解析:(1)由于电源的电动势为3 V,所以电压表应选A;被测电阻约为5 Ω,电路中的最大电流约为I== A=0.6 A,电流表应选D;根据变阻器允许通过的最大电流可知,变阻器应选E;还要选用电池和开关,导线若干.故应选用的实验器材有:ADEGH.(2)由于>,应采用电流表外接法,应选图(b)所示电路,实物连接如图所示.答案:见解析4.有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=____________cm.(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出).该合金棒的电阻约为几欧姆.图中有一处连接不当的导线是________(用标注在导线旁的数字表示).图甲图乙可供使用的器材有:电流表:量程0.6 A,内阻约0.2 Ω;电压表:量程3 V,内阻约9 kΩ;滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω;滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω;定值电阻:R0=3 Ω;电源:电动势6 V,内阻可不计;开关、导线若干.回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至________端(填“a”或“b”).(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接.(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图乙所示,读数为________V.(4)导线实际长度为________m(保留2位有效数字).解析:根据串、并联电路的特点,电阻定律以及欧姆定律解决问题.(1)根据R=ρ,得铜导线的阻值约为Rx=1.7 Ω,即Rx+R0=4.7 Ω.实验中的滑动变阻器若选R1,则当滑动变阻器滑片移至a端时,电压表的示数约为3 V,若滑动变阻器滑片向右移动,电压表示数变大,超过电压表量程,故实验中的滑动变阻器应选R2.闭合开关S 前应使电路中的电阻最大,故滑动变阻器滑片应移至a端.(2)连线如图所示.(3)电压表的示数为2.30 V.(4)根据欧姆定律,铜导线与R0的串联电阻R==Ω=4.6 Ω,所以铜导线的电阻Rx=R-R0=1.6 Ω.根据Rx=ρ得导线长度l==m≈94 m.答案:(1)R2 a (2)见解析图(3)2.30(2.29~2.31均正确) (4)94(93~95均正确)。
学案4 学生实验:测定金属的电阻率[学习目标定位] 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法.一、实验原理1.把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R (R =U I).电路原理图如图1所示.图12.用毫米刻度尺测出金属丝接入电路的长度l ,用螺旋测微器测出金属丝的直径d ,算出横截面积S (S =πd24).3.由电阻定律R =ρl S ,得ρ=RS l =πd 2R 4l =πd 2U4lI,求出电阻率.二、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器. 三、螺旋测微器1.构造及原理:如图2所示,它的测砧A 和固定刻度B 固定在尺架C 上,可动刻度E 、旋钮D 、微调旋钮D ′是与测微螺杆F 连在一起的,并通过精密螺纹套在B 上,精密螺纹的螺距是0.5 mm ,即旋钮D 每转一周,测微螺杆F 前进或后退0.5 mm ,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01_mm.图22.使用方法:当A 与F 并拢时,可动刻度E 的零点恰好跟固定刻度B 的零点重合,逆时针旋转旋钮D ,将测微螺杆F 旋出,把被测物体放入A 、F 之间,再顺时针旋转旋钮D ,使A 、F 正好接触被测物.在使用时,F 快要接触被测物时,要停止使用旋钮D ,改用微调旋钮D ′.一、实验操作1.实验步骤(1)测直径:用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径,并记录.图3(2)连电路:按如图3所示的电路图连接实验电路.(3)量长度: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,并记录.(4)求电阻:把滑动变阻器的滑动触头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,闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S.(5)拆除实验电路,整理好实验器材.2.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定:(1)计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.(2)图象法:可建立I-U坐标系,将测量的U、I值描点作出图象,利用图象的斜率来求出电阻值R.3.实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法;(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.(3)测量l时应测接入电路的金属导线的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.二、螺旋测微器的读数L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值.注意(1)以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略.(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出例如(如图4所示)图4甲图读数为:2 mm+32.0×0.01 mm=2.320 mm乙图读数为:13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm例1 在测定金属的电阻率的实验中,可供选用的器材如下:待测金属丝:R x(阻值约4 Ω,额定电流约0.5 A);电压表:V(量程3 V,内阻约3 kΩ);电流表:A1(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω);A2(量程3 A,内阻约0.05 Ω);电源:E1(电源电压为3 V);E2(电源电压为12 V);滑动变阻器:R(最大阻值约20 Ω);螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图5所示,读数为________mm.图5(2)若滑动变阻器采用限流式接法,为使测量尽量精确,电流表应选________,电源应选________(均填器材代号),在虚线框中完成电路原理图.解析(1)螺旋测微器的读数为:1.5 mm+27.4×0.01 mm=1.774 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验中,为使测量尽量精确,则电流表、电压表指针需达到半偏以上,又因待测金属丝的额定电流为0.5 A,所以电流表选A1,电源选E1即可.电路原理图如图所示.答案(1)1.774(1.772~1.776均正确) (2)A1E1见解析图例2 在测定金属的电阻率的实验中,金属丝长约0.8 m,直径小于1 mm,电阻在5 Ω左右,实验步骤如下:(1)用毫米刻度尺测量金属丝的长度,测三次,求出平均值l,在金属丝的不同位置用________测量直径,求出平均值d .(2)用伏安法测量金属丝的电阻R .试把图6中所给的器材连接成测量R 的合适的电路.图中电流表的量程为0~0.6 A ,内阻接近1 Ω,电压表的量程为0~3 V ,内阻为几千欧,电源的电动势为6 V ,滑动变阻器的阻值为0~20 Ω.图6(3)用上面测得的金属丝长度l 、直径d 和电阻R ,可根据电阻率的表达式ρ=________,算出所测金属的电阻率.解析 (1)金属丝的直径用螺旋测微器测量.(2)连电路图时,由于被测金属丝的电阻值较小,因此应采用电流表外接法,并且滑动变阻器采取限流式接法,如图所示.(3)由电阻定律R =ρl S ,有ρ=RS l =πd 2R 4l.答案 (1)螺旋测微器 (2)见解析图 (3)πd 2R4l在“测定金属的电阻率”的实验中,图7用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示,用毫米刻度尺测出金属丝的长度l ,金属丝的电阻大约为5 Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R ,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率.(1)从图中读出金属丝的直径为________ mm.(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材:A.电压表0~3 V,内阻10 kΩB.电压表0~15 V,内阻50 kΩC.电流表0~0.6 A,内阻0.05 ΩD.电流表0~3 A,内阻0.01 ΩE.滑动变阻器,0~10 ΩF.滑动变阻器,0~100 Ω①要求较准确地测出其阻值,电压表应选________________,电流表应选____________,滑动变阻器应选____________.(填序号)②实验中某同学的实物接线如图8所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.图8错误1:________________________________________________________________________ 错误2:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________答案(1)0.680 (2)①A C E ②导线连接在滑动变阻器的滑片上采用了电流表内接法解析(1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出,半毫米刻度线已经露出来,因此主尺上应读0.5 mm,可动刻度指在第18个刻度线,应估读为0.180 mm,所以该金属丝直径应为0.5 mm+0.180 mm=0.680 mm.(2)①由电路图知电源是两节干电池,电动势是3 V,用3 V量程的电压表A;因为电阻丝的电阻大约为5 Ω,如果把3 V的电动势全加在电阻丝上,电流才是0.6 A,因此用量程是0.6 A的电流表C;此题中金属丝的电阻大约为5 Ω,为了减小实验误差,应选10 Ω的滑动变阻器E.1.(单选)在“测定金属丝电阻率”的实验中,由ρ=πd2U4Il可知,对实验结果的准确性影响最大的是( ) A.金属丝直径d的测量B.电压U的测量C.电流I的测量D.金属丝长度l的测量答案 A解析四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响,但影响最大的是直径d,因为在计算式中取直径的平方.2.(单选)在测定阻值较小的金属丝的电阻率的实验中,为了减小实验误差,并要求在实验中获得较大的电压调节范围,在测量其电阻时应选择的电路是( )答案 D解析金属丝阻值较小,在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法,题干中要求实验中获得较大的电压调节范围,故滑动变阻器要采用分压式接法,D正确.3.(双选)在“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中错误..的是( )A.用米尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中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,采用电流表内接法,多次测量后算出平均值D.实验中应保持金属丝的温度不变答案AC解析实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;金属丝的电阻很小,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,应采用电流表外接法,A、C错误.4.“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图1所示,a、b、c、d是四种不同的金属丝.图1现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝,其规格如下表所示.编号 材料 长度/m 横截面/mm 2A 镍铬合金 0.8 0.8B 镍铬合金 0.5 0.5C 镍铬合金 0.3 0.5D 镍铬合金 0.3 1.0E 康铜合金 0.3 0.5 F康铜合金0.80.8(1)(2)某学生由实验数据分析归纳出:电路图中四种金属丝的电阻R 与长度L 、横截面积S 的关系可用比例式R ∝L S来表示.你认为是否正确,为什么?(3)在交流合作时,有位同学提出用如图2所示的电路,只要将图中P 端分别和1、2、3、4相接,读出电流,利用电流跟电阻成反比的关系,也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系,请你对其作出评价.图2答案 (1)BCDE(2)不正确,因为它们的材料不完全相同(3)不能探究出.实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等解析 (1)本实验采用的是控制变量法,分别选用导体材料相同、横截面积相同时,导体的长度不同,B 、C 符合要求;选用导体材料相同、长度相同时,导体的横截面积不同,C 、D 符合要求;选用导体横截面积相同、长度相同时,导体的材料不同,C 、E 符合要求.故选B 、C 、D 、E.5.某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中,用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l =0.720 m ,用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图3所示),用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 Ω),然后计算出该金属材料的电阻率.在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测金属丝外,还有如下实验器材:图3A .直流电源(输出电压为3 V)B .电流表A(量程0~0.6 A ,内阻约0.125 Ω)C .电压表V(量程0~3 V ,内阻3 kΩ)D .滑动变阻器(最大阻值20 Ω)E .开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为________ mm. (2)根据所提供的器材,在虚线框中画出实验电路图.(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为R x =4.0 Ω,则这种金属材料的电阻率为______ Ω·m(保留两位有效数字). 答案 (1)0.600 (2)如图所示(3)1.6×10-6解析 (3)由R =ρl S 得ρ=RS l =πR x d 24l,将R x =4.0 Ω、l =0.720 m 、d =0.600 mm =0.600×10-3m 代入得ρ≈1.6×10-6Ω·m.6.在“测定金属的电阻率”的实验中,待测金属丝的电阻R x 约为5 Ω,实验室备有下列实验器材:A .电压表(量程0~3 V ,内阻约为15 kΩ)B .电压表(量程0~15 V ,内阻约为75 kΩ)C .电流表(量程0~3 A ,内阻约为0.2 Ω)D .电流表(量程0~0.6 A ,内阻约为1 Ω)E .变阻器R 1(0~10 Ω,0.6 A)F .变阻器R 2(0~2 000 Ω,0.1 A)G .电池组E (电动势为3 V ,内阻约为0.3 Ω) H .开关S ,导线若干(1)为减小实验误差,应选用的实验器材有________(填器材前面的序号).(2)为减小实验误差,应选用如图4中________(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图,并按所选择的电路原理图把如图5中的实物图用线连接起来.图4图5(3)若用毫米刻度尺测得金属丝接入电路的有效长度为60.00 cm ,用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图6所示,则金属丝的直径为______ mm ,电阻值为______ Ω.图6答案 (1)ADEGH (2)乙 实物图见解析 (3)0.637(0.636~0.638均可) 2.4解析 (1)由于电源的电动势为3 V ,所以电压表应选A ;被测电阻约为5 Ω,电路中的最大电流约为I =E R x =35A =0.6 A ,电流表应选D ;根据变阻器允许通过的最大电流可知,变阻器应选E ;还要选用电池和开关、导线若干.故应选用的实验器材有A 、D 、E 、G 、H. (2)由于R V R x >R x R A,应采用电流表外接法,应选图乙所示电路,实物连接如图所示.(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.637 mm ,从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 V ,从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50 A ,被测金属丝的阻值为R x =U x I x =1.200.50Ω=2.4 Ω.7.(2012·北京·21)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50 cm.(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7所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值).图7(2)用伏安法测金属丝的电阻R x .实验所用器材为:电池组(电动势3 V ,内阻约1 Ω),电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R (0~20 Ω,额定电流2 A)、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:次数1 2 3 4 5 6 7 U /V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I /A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520x “乙”).图8(3)图9是测量R x 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(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.图9(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图10所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出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).图10(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为______(填选项前的字母).A.1×10-2Ω·m B.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·m D.1×10-8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是________(有多个正确选项).A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.397~0.399均正确) (2)甲(3)见解析图(4)见解析图 4.4(4.3~4.7均正确)(5)C (6)CD解析(1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知R x的阻值大约为5 Ω.由题知R x≪R V,故电流表外接.若滑动变阻器接为限流的形式,则R x两端电压的最小值U min=520+5+1+0.1E≈0.6 V,而从实验数据可知R x两端电压可调为0.10 V,因此滑动变阻器采用的应是分压的形式.(3)如图所示.(4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,偏离较远的点应舍去,如图所示.图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值R x=4.4 Ω.(5)根据R=ρlS得金属丝的电阻率ρ=R x Sl=πR x d24l=3.14×4.4×0.398×10-324×0.5Ω·m≈1.09×10-6Ω·m,故选项C正确.(6)由于读数引起的误差属于偶然误差,选项A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,若将电流表和电压表的内阻计算在内,则可以消除系统误差,选项B错误,选项C正确;利用U-I图象处理数据,相当于多次测量取平均值,可以减小偶然误差,选项D正确.。
第二章电路
第八节遗实验:测定金属电阻丝的
电阻率
1.(1)用游标为50分度的游标卡尺测量某工件的长度时,示数如图所示,则测量结果应该读作________mm.
(2)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图所示,此示数为________mm.
答案:(1)10.40(2)2.720
2.(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为________mm,合金丝的直径为________mm.
(2)为了精确测量合金丝的电阻R x,设计出如图1所示的实验电
路图,按照该电路图完成图2中的实物电路连接.
图1
图2
解析:(1)按照螺旋测微器的读数原则得,校零时的读数为0.007 mm,合金丝的直径为0.645 mm-0.007 mm=0.638 mm(在0.636 mm~0.640 mm都算正确).
(2)连线如图所示.
答案:(1)0.0070.638(在0.636 mm~0.640 mm都算正确)
(2)见解析
3.有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=____________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出).该合金棒的电阻约为几欧姆.图中有一处连接不当的导线是________(用标注在导线旁的数字表示).
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72 Ω,根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为R d=13.3 Ω、R D=3.38 Ω.他发现:在误差允许范围内,电阻R满足R2=R d·R D,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=________(用ρ、L、d、D表示).
解析:(1)首先确定游标卡尺的精度为20分度,即为0.05 mm,然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00 mm,注意小数点后的有效数字要与精度一样,再从游标尺上找出对的最齐一根刻度线,精度×格数=0.05×8 mm=0.40 mm,最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据,99.00 mm+0.40 mm=99.40 mm=
9.940 cm.
(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻,在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时,因为安培表的内阻较小,为了减小误差,应用安培表外接法,⑥线的连接使用的是安培表内接法.
(3)根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L 、直径分别为d 和D 的
圆柱状合金棒的电阻分别为R d =13.3 Ω、R D =3.38 Ω.即R d =ρL π⎝ ⎛⎭
⎪⎫d 22,R D =ρL π⎝ ⎛⎭
⎪⎫D 22,而电阻R 满足R 2=R d ·R D ,将R d 、R D 代入得R =4ρL πdD . 答案:(1)9.940 (2)⑥ (3)4ρL πdD
4.如图甲所示的金属工件,截面外方内圆,外边长约为1 cm 、内径约为0.5 cm 、长度约为40 cm.
(1)某同学用游标卡尺测出截面外边长如图乙所示,其读数a =________cm.
(2)应选用________来测量工件内径d ,选用________来测量工件长度L (选填“毫米刻度尺”“游标卡尺”或“螺旋测微器”).
(3)为了测出该金属的电阻率,该同学设计了如图丙所示的电路,请按设计的电路完成实物图丁的连线.
(4)实验测得工件两端电压为U ,通过的电流为I ,写出该金属电阻率的表达式ρ=________(用a 、d 、L 、U 、I 等字母表示).
答案:(1) 1.02 (2)游标卡尺 毫米刻度尺 (3)图略
(4)(4a 2-πd 2)U 4IL
5.在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测出金属丝的长度L ,金属丝的电阻大约为5 Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R ,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率.
(1)从图中读出金属丝的直径为________mm.
(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:
A .电压表0~3 V ,内阻10 k Ω
B .电压表0~15 V ,内阻50 k Ω
C .电流表0~0.6 A ,内阻0.05 Ω
D .电流表0~3 A ,内阻0.01 Ω
E .滑动变阻器0~10 Ω
F .滑动变阻器0~100 Ω
要求较准确地测出其阻值,电压表应选______________,电流表
应选__________,滑动变阻器应选__________(填序号).
(3)实验中某同学的实物接线如图所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.
错误1:______________________________________________.
错误2:_____________________________________________.
答案:(1)0.680(2)A C E
(3)错误1:导线连接在滑动变阻器的滑片上
错误2:采用了电流表内接法。