2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實驗八 測定金屬的電阻率學(xué)案實驗?zāi)康?.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。2.掌握螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法。3.會用伏安法測電阻，進一步測定金屬的電阻率。實驗原理1.游標(biāo)卡尺的構(gòu)造、原理及讀數(shù)(1)構(gòu)造(如圖)主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標(biāo)尺上還有一個深度尺，尺身上還有一個緊固螺釘。(2)原理利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)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1 mm。常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，見下表：(3)讀數(shù)若用L0表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，x表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)的刻度數(shù)，則其讀數(shù)為LL0kx，其中k為精確度。2.螺旋測微器的構(gòu)造、原理及讀數(shù)(1)螺旋測微器的構(gòu)造如下圖所示是常用的螺旋測微器。它的測砧A和固定刻度S固定在尺架F上。旋鈕K、微調(diào)旋鈕K和可動刻度H、測微螺桿P連在一起，通過精密螺紋套在S上。(2)螺旋測微器的原理測微螺桿P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周，P前進或后退0.5 mm，而可動刻度H上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，P前進或后退0.01 mm。即螺旋測微器的精確度為0.01 mm。讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。(3)讀數(shù)測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出。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)。例：如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0 mm，而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為2.0 mm15.0×0.01 mm2.150 mm。3.伏安法測電阻(1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較(2)兩種電路的選擇阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)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(nèi)接法。比值法：當(dāng)<時，用電流表外接法；當(dāng)>時，用電流表內(nèi)接法。實驗試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內(nèi)接法。(3)滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法(4)儀器選擇的三個原則安全性原則：通過電源、電阻、電流表、電壓表等的電流不能超過其允許的額定電流。精確性原則：根據(jù)實驗的需要，選取精度合適的儀器，以盡可能減小實驗誤差。電壓表、電流表指針的偏角要大于滿偏的三分之一。操作方便：實驗時要調(diào)節(jié)方便，易于操作，比如對滑動變阻器，如果是用分壓法連入電路的，應(yīng)選用小量程的滑動變阻器。移動滑片時，用電器上電壓接近均勻變化，易于操作，反之，則會出現(xiàn)移動滑片時，剛開始時用電器上的電壓幾乎不變，過了某位置后又突然增大的現(xiàn)象，不易操作。4.電阻率的測定原理(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻，Rx，電路原理如圖所示。(2)用毫米刻度尺測金屬絲接入電路部分的長度l，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d，算出橫截面積Sd2。(3)根據(jù)電阻定律R，得金屬絲電阻率。實驗器材毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表和直流電壓表、滑動變阻器(阻值范圍050 )、電池組、開關(guān)、被測金屬絲、導(dǎo)線若干。實驗步驟1.求金屬絲橫截面積S：在準(zhǔn)備好的金屬絲上三個不同位置用螺旋測微器各測一次直徑，求出其平均值d，則橫截面積S。2.將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度)，反復(fù)測量三次，求出平均值l。3按照原理圖(如圖所示)連好電路。4.把滑動變阻器調(diào)到接入電路中的電阻值最大的位置，檢查無誤后，閉合開關(guān)S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流值和電壓值記錄在表格中，斷開開關(guān)S，求出金屬絲電阻Rx的平均值。5.整理儀器。數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理1.在求Rx的平均值時可用兩種方法：(1)第一種是用Rx算出各次的數(shù)值，再取平均值。(2)第二種是用U­I圖線的斜率求出。2.計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值，代入電阻率計算公式Rx。誤差分析1.金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差。2.電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響，因為電流表外接，所以R測<R真，由R，知測<真。3.通電電流過大，時間過長，致使電阻絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來誤差。注意事項1.螺旋測微器的使用(1)測量前須校對零點：先使測砧A與測微螺桿P并攏，觀察可動刻度的零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合，以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合，不重合時，用存放在螺旋測微器盒中的工具調(diào)節(jié)，直到完全重合為止。(2)測量時，當(dāng)測微螺桿P將要接觸被測物體時，要停止使用旋鈕K，改用微調(diào)旋鈕K，以避免P和被測物體間產(chǎn)生過大的壓力。這樣，既可以保護儀器，又能保證測量結(jié)果準(zhǔn)確。當(dāng)聽到“咔、咔”聲后，停止轉(zhuǎn)動，即可讀數(shù)。(3)螺旋測微器應(yīng)估讀一位，即以mm作單位，應(yīng)讀到小數(shù)點后面第三位。(4)為防止讀出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯，可在讀數(shù)前估計大概讀數(shù)值，若發(fā)現(xiàn)最后讀數(shù)與開始估計數(shù)值相差較大，立即檢查出錯原因，如半毫米刻度線是否露出。2.測定金屬的電阻率(1)為了方便，測量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進行，為了準(zhǔn)確測量金屬絲的長度，測量應(yīng)該在金屬絲連入電路之后在拉直的情況下進行，測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點之間的長度。(2)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故須采用電流表外接法。(3)開關(guān)S閉合前，滑動變阻器的阻值要調(diào)至最大。(4)電流不宜太大(電流表用00.6 A量程)，通電時間不宜太長，以免金屬絲溫度升高，導(dǎo)致電阻率在實驗過程中變大。(5)實驗連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關(guān)、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端。板塊二考點細(xì)研·悟法培優(yōu)考點1基本儀器的讀數(shù)例1(1)圖甲為一游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)測量一鋼筆帽的內(nèi)徑時，應(yīng)該用游標(biāo)卡尺的_(填“A”“B”或“C”)進行測量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為_mm。(2)在測定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實驗中，利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖所示，校零時的讀數(shù)為_mm，合金絲的直徑為_mm。嘗試解答(1)A 11.30 _(2)0.007(0.0050.008都對) 0.638(在0.6360.640都算對)。(1)使用游標(biāo)卡尺測量尺寸較小管件的內(nèi)徑用游標(biāo)卡尺的A進行測量；測量尺寸較小管件的外徑用游標(biāo)卡尺的B進行測量；測量深度用游標(biāo)卡尺的C進行測量。鋼筆帽的內(nèi)徑為11 mm6×0.05 mm11.30 mm。(2)校零時的讀數(shù)為00.7×0.01 mm0.007 mm。測量后讀數(shù)0.514.5×0.01 mm0.645 mm。合金絲的直徑為0.645 mm0.007 mm0.638 mm。(在0.6360.640 mm都算對)。(1)某學(xué)生用螺旋測微器測量不同金屬導(dǎo)線的直徑，其示數(shù)如圖(a)、(b)、(c)所示，該金屬導(dǎo)線的直徑讀數(shù)為：(a)_mm(b)_mm(c)_mm(2)用游標(biāo)為50分度的游標(biāo)卡尺測量某工件的長度時，示數(shù)如圖(d)所示，則測量結(jié)果應(yīng)該讀作_mm。(3)正確讀出圖中各表的讀數(shù)：如圖(e)，接03 V量程時讀數(shù)為_V；接015 V量程時讀數(shù)為_V。如圖(f)，接03 A量程時讀數(shù)為_A；接00.6 A量程時讀數(shù)為_A。答案(1)(a)4.592(4.5914.594均對)(b)1.880(1.8791.881均對)(c)8.600(8.5998.601均對)(2)10.40 (3)2.1810.80.800.16解析(1)(a)讀數(shù)4.5 mm9.2×0.01 mm4.592 mm(b)讀數(shù)1.5 mm38.0×0.01 mm1.880 mm(c)讀數(shù)8.5 mm10.0×0.01 mm8.600 mm。(2)讀數(shù)10 mm20×0.02 mm10.40 mm(3)讀數(shù)2.18 V讀數(shù)10.8 V。讀數(shù)0.80 A，讀數(shù)0.16 A?？键c2儀器的選擇和電路的設(shè)計例2(1)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中，正確操作獲得金屬絲的直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖所示，則它們的讀數(shù)依次是_mm、_A、_V。(2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為010 ，電流表內(nèi)阻約為幾歐，電壓表內(nèi)阻約為20 k，電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電源電動勢E4.5 V，內(nèi)阻較小。則以下電路圖中，_(填字母代號)電路為本次實驗應(yīng)當(dāng)采用的最佳電路，但用此最佳電路測量的金屬絲電阻仍然會比真實值偏_(填“大”或“小”)。(3)若已知實驗所用的電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值RA2.0 ，那么測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應(yīng)是上圖中的_(填字母代號)電路。此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx_(用題中字母代號表示)。嘗試解答(1)0.9981.000間均可0.422.222.24間均可(2)甲小(3)乙RA。(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動刻度讀數(shù)為49.9×0.01 mm0.499 mm，金屬絲直徑為0.5 mm0.499 mm0.999 mm。電流表讀數(shù)為0.42 A，電壓表讀數(shù)為2.23 V。(2)因RVRx(Rx 5.3 )，測量電路采用電流表外接法，故最佳電路為甲電路，此時測量結(jié)果因電壓表的分流而偏小。(3)若已知電流表內(nèi)阻時，最佳電路為乙電路，由歐姆定律得：RxRA，那么RxRA。2017·陜西寶雞一模在測定金屬絲的電阻率的實驗中，為了安全、準(zhǔn)確、方便地測出電阻絲的電阻Rx，設(shè)計了如圖所示實驗電路圖來完成實驗，可用的實驗儀器如下：A.待測金屬絲(Rx約5 )B.電壓表V(量程01 V，內(nèi)阻RV1 k)C.電流表A(量程00.6 A，內(nèi)阻RA1 )D.定值電阻R1(阻值R10.5 k)E.定值電阻R2(阻值R22 k)F.滑動變阻器R3(010 )G.滑動變阻器R4(01000 )H.電源(電動勢為3 V，內(nèi)阻很小)I.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實驗中定值電阻應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_。(選填儀器前面字母)(2)用圖中電路測量該金屬絲的電阻，若某次測量中，電壓表的讀數(shù)為U，電流表的讀數(shù)為I，該金屬絲電阻的表達(dá)式為Rx_(用測出或已知的物理量的符號表示)。答案(1)EF(2)RA解析(1)電源的電動勢為3 V，而電壓表V的量程為01 V，內(nèi)阻RV1 k，必須通過串聯(lián)電阻來擴大量程至3 V，因此定值電阻應(yīng)選用定值電阻R2(阻值R22 k)；所待測金屬絲Rx約5 ，且滑動變阻器是限流式接法，因此滑動變阻器應(yīng)選用小電阻，即選滑動變阻器R3(010 )。(2)電壓表的讀數(shù)為U，那么金屬絲與電流表兩端的電壓為3U，由于電流表的讀數(shù)為I，則金屬絲電阻RxRA?？键c3數(shù)據(jù)處理和誤差分析例32017·云南昆明質(zhì)檢某同學(xué)測定一細(xì)金屬絲的電阻率，部分實驗步驟如下：(1)用螺旋測微器測量該金屬絲的直徑，螺旋測微器如圖甲所示，則該金屬絲的直徑為_mm。(2)因找不到合適的電壓表，該同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的電路，電源電動勢為E3 V，內(nèi)阻不能忽略，取金屬絲Rx接入電路的長度為20 cm，接通電路后調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表示數(shù)為0.50 A，之后不斷改變Rx接入電路的長度，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表示數(shù)始終為0.50 A，記錄下電阻絲Rx接入電路的長度及對應(yīng)電阻箱的阻值如下表所示：長度L(cm)102030405060電阻箱R0()4.23.52.32.21.51.0請在圖丙的坐標(biāo)紙中作出電阻R0隨長度L變化的圖象；(3)根據(jù)圖象可求得：該金屬絲的電阻率為_·m，電源的內(nèi)阻為r_。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 嘗試解答(1)0.200(0.1990.201均對)(2)如圖所示_(3)2.0×107(1.9×1072.1×107均對)_1.2(1.11.3均對)。(1)該金屬絲的直徑d0 mm20.0×0.01 mm0.200 mm。(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，描點連線，使盡可能多的點落在線上，不在線上的點均勻分布在線的兩側(cè)。(3)由閉合電路歐姆定律和電阻定律，可得：EI，解得：R0rL，在R0­L圖象中，其斜率的大小k，則kS2.0×107·m；圖線與縱軸截距ar，則ra1.2 。2017·常州?？寄惩瑢W(xué)要測量一根均勻電阻絲的電阻率。他在電阻絲兩端分別接了接線柱a、b，并將電阻絲固定在米尺上，米尺的中間設(shè)置了一個可沿電阻絲滑動的觸頭c，c的上端為接線柱，a、c間的長度可在米尺上直接讀出，如圖1所示。可供選擇的器材有：A.待測電阻絲(長約80 cm，阻值小于5 )；B.電壓表03 V，內(nèi)阻約3 k；C.電流表00.6 A，內(nèi)阻約0.5 ；D.電池組：電動勢3 V，內(nèi)阻很??；E.滑動變阻器R，總阻值10 ；F.開關(guān)，導(dǎo)線若干；G.螺旋測微器。(1)該同學(xué)用螺旋測微器測量電阻絲的直徑，其刻度如圖2所示，讀數(shù)為_mm。(2)該同學(xué)認(rèn)為，應(yīng)盡量避免由于電流熱效應(yīng)導(dǎo)致的電阻率變化，為此，應(yīng)使a、b間電壓保持不變，只改變觸頭c的位置，測量a、c間的電壓U，尋找U和a、c間電阻絲長度L的關(guān)系，即可實現(xiàn)測量電阻率的目的。根據(jù)上述分析，完成下列問題：實驗中采用的思想方法是_。(將選項前的字母填在橫線上)A.等效替代法 B建立理想模型法C.控制變量法 D實驗推理法滑動變阻器所起的作用主要是_。(將選項前的字母填在橫線上)A.調(diào)節(jié)電壓表和電流表的示數(shù)，實現(xiàn)多次測量B.使電阻絲a、b間保持適當(dāng)電壓，充當(dāng)保護電阻的作用根據(jù)以上分析，將圖3連成實驗電路。(3)該同學(xué)通過改變觸頭c的位置，分別測出了五組長度L與對應(yīng)的電壓U的數(shù)據(jù)(電流表示數(shù)保持在0.50 A不變)，并已描在坐標(biāo)紙上，如圖4所示。請根據(jù)圖4上的數(shù)據(jù)點描繪出圖線，算出圖線的斜率k_V/m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)根據(jù)上面提供的有關(guān)數(shù)據(jù)計算該電阻絲的電阻率_·m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)1.980(2)CB見解析圖甲所示(3)見解析圖乙所示1.9(4)1.2×105解析(1)螺旋測微器讀數(shù)為(1.548.0×0.01) mm1.980 mm。(2)保持a、b間電壓不變，即保持電阻絲中電流不變，a、c間的電壓U與電阻絲長度L成正比，體現(xiàn)了控制變量法，C正確?；瑒幼冏杵魇闺娮杞za、b間保持適當(dāng)電壓，充當(dāng)保護電阻的作用，B正確。電阻絲總阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，應(yīng)采用電流表外接法。(3)圖線如圖乙所示。由圖乙圖線可知，斜率k1.9 V/m。(4)a、c間電壓UIRI×，電阻絲的截面積Sd2，可得電阻率k，代入k、d、I的數(shù)值，得1.2×105·m?？键c4“替代法”測電阻例4某同學(xué)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(biāo)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)如圖甲和圖乙所示，長度為_cm，直徑為_mm。(2)按圖丙連接電路后，實驗操作如下：將滑動變阻器R1的阻值置于最_(選填“大”或“小”)處；將S2撥向接點1，閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0；將電阻箱R2的阻值調(diào)至最_(選填“大”或“小”)，將S2撥向接點2；保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時R2阻值為1280 ；由此可知，圓柱體的電阻為_。嘗試解答(1)5.01_5.315(5.3145.316均可)(2)大_大_1280。(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為l(501×0.1) mm50.1 mm5.01 cm。螺旋測微器的讀數(shù)為d(531.5×0.01) mm5.315 mm。 (2)電學(xué)實驗的設(shè)計要遵循科學(xué)性、安全性和精確性原則。此電路中滑動變阻器是以限流方式接入電路中的，故在步驟中閉合開關(guān)前應(yīng)使滑動變阻器接入電路中的阻值最大，以保證電路安全。同理步驟中亦將電阻箱R2的阻值調(diào)至最大。步驟中，由閉合電路歐姆定律得I0，其中R表示圓柱體的電阻。步驟中，仍由閉合電路歐姆定律得I0由等量代換可得RR21280 。如圖為測量電阻Rx的電路原理圖，R為電阻箱，R為起保護作用的滑動變阻器，電源E的電動勢約為6 V，S為單刀雙擲開關(guān)，電流表量程為0.6 A。(1)以下四種規(guī)格的滑動變阻器，最適合本實驗的是_。A.1 B10 C100 D1000 (2)請在圖中以筆畫線代替導(dǎo)線按實驗原理圖將實物圖補充完整。(3)請簡述測量待測電阻Rx的實驗步驟_。(4)一同學(xué)想利用本實驗電路測電源電動勢，需將開關(guān)擲于_位置。該電路滑動變阻器R接入電路部分的電阻未知，能否測出電源的內(nèi)阻r？_。答案(1)B (2)圖見解析(3)將開關(guān)S擲于a，記下電流表示數(shù)I；將開關(guān)S擲于b，調(diào)節(jié)電阻箱R，使電流表示數(shù)達(dá)到I，電阻箱讀數(shù)即為Rx阻值(4)b不能解析(1)由實驗電路可知，滑動變阻器在電路中起限流作用，因為電源E的電動勢約為6 V，電流表量程為0.6 A，要想滑動變阻器起到保護作用，合適的應(yīng)該是10 的滑動變阻器。(2)根據(jù)電路圖可將實物圖補充完整，如圖所示。(3)在測量Rx時，先將開關(guān)擲于a，記下電流表示數(shù)I；再將開關(guān)擲于b，調(diào)節(jié)電阻箱R，使電流表示數(shù)達(dá)到I，電阻箱讀數(shù)即為Rx阻值。(4)要測電源電動勢，需將開關(guān)擲于b位置，保持R接入電路中的阻值不變，調(diào)節(jié)電阻箱取不同阻值，記錄不同阻值及對應(yīng)電流值，根據(jù)閉合電路歐姆定律列式聯(lián)立可求得電源電動勢，而如果不知道滑動變阻器接入電路部分的電阻，就只能求出電源內(nèi)阻和滑動變阻器接入電路部分的電阻之和，無法測出電源的內(nèi)阻。