2022年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 探究決定導(dǎo)線電阻的因素學(xué)案

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1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 探究決定導(dǎo)線電阻的因素學(xué)案 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．掌握螺旋測微器及游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法． 2．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． 3．會用伏安法測電阻，并進(jìn)一步探究決定導(dǎo)線電阻的因素． 實(shí)驗(yàn)原理 1．螺旋測微器的讀數(shù) 測量時被測物體長度的整數(shù)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(毫米)＝______________(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)＋____________(估讀一位)×0.01(毫米)． 2．游標(biāo)卡尺讀數(shù) 若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，k表示從游標(biāo)尺上讀出與主

2、尺上某一刻線對齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為(x＋k×精確度)mm. 3．伏安法測電阻 (1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 內(nèi)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＋I(xiàn)V 電阻 測量值 R測＝ ＝RA＋Rx>Rx 測量值大于真實(shí)值 R測＝ ＝____________

3、流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法，簡單概括為“內(nèi)大外小”． ②臨界值計算法 圖1 ③實(shí)驗(yàn)試探法：按圖1接好電路，讓電壓表的一根接線柱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． 4．滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法 接法 限流式接法 分壓式接法 電路圖 特點(diǎn) ①用電器和滑動變阻器的一部分串聯(lián)，另一部分不起作用 ②調(diào)節(jié)電壓的范圍不能從零開始變化 ①用電器和滑動變阻器的一部分并聯(lián)后和另一部分串聯(lián) ②電壓可以從零

4、調(diào)節(jié)到最大值 適用條件 滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化 滑動變阻器的最大阻值小于用電器的阻值；電壓要求從零開始變化 5.電阻率的測定原理 把金屬絲接入如圖2所示的電路中，用________測金屬絲兩端的電壓，用________測金屬絲中流過的電流，根據(jù)Rx＝________計算金屬絲的電阻Rx， 圖2 然后用__________測量金屬絲的長度l，用__________測量金屬絲的直徑d，計算出橫截面積S；根據(jù)電阻定律Rx＝ρl/S，得出計算金屬絲電阻率的公式 ρ＝＝__________. 實(shí)驗(yàn)器材 ①金屬絲②__________③安培

5、表④伏特表⑤直流電源⑥__________⑦電鍵一個⑧導(dǎo)線若干⑨刻度尺． 實(shí)驗(yàn)步驟 1．用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導(dǎo)線的橫截面積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中的被測金屬導(dǎo)線的________長度，反復(fù)測量3次，求出其平均值l. 3．按如圖2所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)電路，把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值________的位置． 4．電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合電鍵S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，斷開電

6、鍵S，求出導(dǎo)線電阻R的平均值． 應(yīng)用指南　測量時通過金屬絲的電流應(yīng)控制在1.00 A以下，本實(shí)驗(yàn)中安培表量程為0～0.6 A，每次通電時間應(yīng)盡量短(以能讀取電表數(shù)據(jù)為準(zhǔn))，讀數(shù)完畢立即斷開電鍵S，防止溫度升高使金屬絲長度和電阻率發(fā)生明顯變化．計算時，務(wù)必算出每次的電阻值再求平均值，不能先分別求電壓U和電流I的平均值，再由歐姆定律得平均值，否則會帶來較大計算誤差． 5．將測得的R、l、d值代入電阻率計算公式ρ＝＝中，計算出金屬導(dǎo)線的電阻率． 6．拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材． 注意事項 1．測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點(diǎn)之間的長度，亦即電壓表并入兩點(diǎn)間的

7、部分待測導(dǎo)線長度，測量時應(yīng)將導(dǎo)線拉直． 2．本實(shí)驗(yàn)中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路必須采用電流表外接法． 3．實(shí)驗(yàn)連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、電鍵、電流表、待測金屬導(dǎo)線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)．連線時應(yīng)避免接線交叉和正、負(fù)極接錯，最后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端． 4．閉合電鍵S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置． 5．在用伏安法測電阻時，通過待測導(dǎo)線的電流I的值不宜過大(電流表用0～0.6 A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大． 誤差分析 1．金屬絲直徑、長度的測量讀數(shù)

8、等人為因素帶來誤差． 2．測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響，因?yàn)殡娏鞅硗饨?，所以R測

9、 (xx·江蘇·11)某同學(xué)利用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)電路來測量電阻的阻值． (1)將電阻箱接入a、b之間，閉合開關(guān)．適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R′后保持其阻值不變．改變電阻箱的阻值R，得到一組電壓表的示數(shù)U與R的數(shù)據(jù)如下表： 電阻R/Ω 5.0 10.0 15.0 25.0 35.0 45.0 電壓U/V 1.00 1.50 1.80 2.14 2.32 2.45 請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出U－R關(guān)系圖象． 圖5 (2)用待測電阻Rx替換電阻箱，讀得電壓表示數(shù)為2.00 V．利用(1)中測繪的U－R圖象可得Rx＝________Ω. (3)使用較長時間后，電池的電

10、動勢可認(rèn)為不變，但內(nèi)阻增大．若仍用本實(shí)驗(yàn)裝置和(1)中測繪的U－R圖象測定某一電阻，則測定結(jié)果將________(選填“偏大”或“偏小”)．現(xiàn)將一已知阻值為10 Ω的電阻換接在a、b之間，你應(yīng)如何調(diào)節(jié)滑動變阻器，便仍可利用本實(shí)驗(yàn)裝置和(1)中測繪的U－R圖象實(shí)現(xiàn)對待測電阻的準(zhǔn)確測定？ [規(guī)范思維] 　 　 題型三　測金屬的電阻率 【例3】 (xx·四川達(dá)州一中高三月考)如圖6所示(導(dǎo)線連線不完整)，某同學(xué)想測量某導(dǎo)電溶液的電阻率，先在一根均勻的長玻璃管兩端各安裝了一個電極(接觸電阻不計)，兩電極相距L＝0.700 m，其間充滿待測的導(dǎo)電溶液．用如下器材進(jìn)行測

11、量： 電壓表(量程15 V，內(nèi)阻約30 kΩ) 電流表(量程300 μA，內(nèi)阻約50 Ω) 滑動變阻器(最大阻值10 Ω，額定電流1 A) 電池組(電動勢E＝12 V，內(nèi)阻r＝6 Ω) 單刀單擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干． 圖6 表1是他測量通過管中導(dǎo)電液柱的電流及兩端電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．實(shí)驗(yàn)中他還用20分度的游標(biāo)卡尺測量了玻璃管的內(nèi)徑，結(jié)果如圖7所示． 表1 U/V 0 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 I/μA 0 22 65 109 155 175 240 圖7 根據(jù)以上所述請回答下面的問題： (1)玻璃管內(nèi)徑d的

12、測量值為________cm； (2)根據(jù)表1數(shù)據(jù)在圖8坐標(biāo)系中描點(diǎn)，請作出U－I圖象，根據(jù)圖象求出電阻R＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)； 圖8 (3)計算導(dǎo)電溶液的電阻率表達(dá)式是ρ＝________(用R、d、L表示)，測量值為 ________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)； (4)請畫出測量導(dǎo)電溶液電阻的電路圖，并在圖6中補(bǔ)畫出未連接的導(dǎo)線． [規(guī)范思維] 　 　 　 　 1．在做“探究決定導(dǎo)線電阻的因素”實(shí)驗(yàn)時，下列操作正確的是(　　) A．若待測金屬導(dǎo)線是漆包線，應(yīng)該用火燒去表面漆皮，輕輕抹去灰塵后

13、再測金屬絲的直徑，千萬不可用小刀去刮漆皮，而兩端接頭部分則用紗布打磨干凈，以保證電路接觸良好 B．用米尺反復(fù)測量三次導(dǎo)線的總長度，求出平均值L，然后將導(dǎo)線接入測量電路中 C．估計待測金屬導(dǎo)線的總長，選擇合適的儀器和實(shí)驗(yàn)電路 D．合上開關(guān)S，不斷增大滑動變阻器接入電路的有效阻值，記錄幾組對應(yīng)的電流和電壓數(shù)值，計算出導(dǎo)線的總電阻 2．(1)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9所示，則測量結(jié)果應(yīng)該讀作________ mm. 圖9 圖10 (2)用螺旋測微器測圓柱體的直徑時，示數(shù)如圖10所示，此示數(shù)為______ mm. (3)在“探究決定導(dǎo)線電阻的因素”

14、的實(shí)驗(yàn)中，用電壓表測得金屬絲兩端的電壓U，用電流表測得通過金屬絲中的電流I，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d，測得數(shù)據(jù)如圖11所示，請從圖中讀出U＝________ V，I＝______ A，d＝________ m. 圖11 3．在“探究決定導(dǎo)線電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中， 圖12 用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖12所示，用米尺測出金屬絲的長度L，金屬絲的電阻大約為5 Ω，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率． (1)從圖中讀出金屬絲的直徑為________mm. (2)為此取來兩節(jié)新的干電池、開關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材： A．電壓表

15、0～3 V，內(nèi)阻10 kΩ B．電壓表0～15 V，內(nèi)阻50 kΩ C．電流表0～0.6 A，內(nèi)阻0.05 Ω D．電流表0～3 A，內(nèi)阻0.01 Ω E．滑動變阻器0～10 Ω F．滑動變阻器0～100 Ω ①要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________，滑動變阻器應(yīng)選________．(填序號) ②實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖13所示，請指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯誤． 圖13 錯誤1： ________________________________________________________________________

16、 ________________________________________________________________________ 錯誤2： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4．(xx·新課標(biāo)·22)為了測量一微安表頭A的內(nèi)阻，某同學(xué)設(shè)計了如圖14所示的電路．圖中，A0是標(biāo)準(zhǔn)電流表，R0和RN分別是滑動變

17、阻器和電阻箱，S和S1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān)，E是電池．完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空： (1)將S撥向接點(diǎn)1，接通S1，調(diào)節(jié)________，使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時________的讀數(shù)I； (2)然后將S撥向接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)________，使________，記下此時RN的讀數(shù)； (3)多次重復(fù)上述過程，計算RN讀數(shù)的________，此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值． 圖14 5．(xx·深圳中學(xué)月考)某學(xué)習(xí)小組為測量一銅芯電線的電阻率，他們截取了一段電線，用米尺測出其長度為L，用螺旋測微器測得其直徑為D，用多用電表測得其電阻值約為2 Ω.為提高測量的精度，

18、該小組的人員從下列器材中挑選了一些元件，設(shè)計了一個電路，重新測量這段導(dǎo)線(用Rx表示)的電阻． A．電源E(電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計) B．電壓表V(量程為0～3.0 V，內(nèi)阻約為2 kΩ) C．電壓表V(量程為0～15.0 V，內(nèi)阻約為6 kΩ) D．電流表A(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω) E．電流表A(量程為0～3.0 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω) F．滑動變阻器R1(最大阻值10 Ω，額定電流2.0 A) G．滑動變阻器R2(最大阻值1 kΩ，額定電流1.0 A) H．定值電阻R0(阻值為3 Ω) I．開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干 圖15 (1)如圖15所示是

19、該實(shí)驗(yàn)小組用螺旋測微器對銅芯線直徑的某次測量，其讀數(shù)是________mm. (2)實(shí)驗(yàn)時電壓表選________，電流表選________，滑動變阻器選________．(只填代號) (3)為提高實(shí)驗(yàn)的精確度，請你為該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計電路圖，并畫在下面的方框中． (4)某次測量時，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I，則該銅芯線材料的電阻率的表達(dá)式為：ρ＝________. 實(shí)驗(yàn)學(xué)案35　探究決定導(dǎo)線電阻的因素 【基礎(chǔ)自主落實(shí)】 實(shí)驗(yàn)原理 1．固定刻度數(shù)　可動刻度數(shù) 3．(1) 　大阻值　小阻值　(2)②外接法　內(nèi)接法 5．電壓表　電流表　　毫米刻度尺

20、　螺旋測微器　 實(shí)驗(yàn)器材 ②螺旋測微器?、藁瑒幼冏杵? 實(shí)驗(yàn)步驟 1．πd2/4　2.有效　3.最大 【熱點(diǎn)題型精析】 例1 2.25　6.860　0.1 mm　0.01 mm 解析　對游標(biāo)卡尺：主尺刻度為22 mm，游標(biāo)尺共10個格，分度為0.1 mm，且游標(biāo)尺的第5個格與主尺刻度線對齊，因此它的讀數(shù)為l＝22 mm＋0.1×5 mm＝22.5 mm＝2.25 cm.對螺旋測微器：它精確到0.01 mm，固定尺刻度讀數(shù)為6.5 mm，可動尺刻度為36.0×0.01 mm＝0.360 mm，所以螺旋測微器的讀數(shù)為： d＝6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm.

21、 [規(guī)范思維]　游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)是高考?？嫉膯栴}之一，讀數(shù)時不管題目怎么要求，先讀成毫米，這樣讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是整數(shù)部分從固定尺上進(jìn)行讀數(shù)，小數(shù)部分從螺旋尺上進(jìn)行讀數(shù)．游標(biāo)卡尺不需要估讀，但是要注意游標(biāo)尺是十分度還是二十分度或者五十分度的；螺旋測微器需要估讀，估讀到0.001 mm. 例2 (1)U－R關(guān)系圖象見下圖 (2)20(19～21都算對) (3)偏?。桓淖兓瑒幼冏杵髯柚?，使電壓表示數(shù)為1.50 V 解析　(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，確定U、R軸刻度，使圖象盡量大一些，然后描點(diǎn)、連線[用平滑曲線連接，且必須過(0,0)點(diǎn)]． (2)由作出的圖象得到相應(yīng)的R值，約為20 Ω.

22、 (3)由I＝知r增大后，計算出的R值會偏小，由題表知，要實(shí)現(xiàn)對待測電阻的準(zhǔn)確測定，應(yīng)改變滑動變阻器的阻值，使電壓表示數(shù)為1.50 V. [規(guī)范思維]　本題是“替換法”測電阻的變形題，并且把“替換法”與圖象、電路分析相結(jié)合，使“替換法”有了新意． 例3 (1)3.075　(2)4.5×104　(3)　48　(4)見解析 解析　(1)30 mm＋15×0.05 mm＝30.75 mm＝3.075 cm. (2)連線時要讓大多數(shù)點(diǎn)在一條直線上．作出U－I圖象如下圖所示．從直線上取一點(diǎn)(155 μA，7.0 V)，求出R＝4.5×104 Ω. (3)由R＝ρL/S，S＝π(d/2)2，

23、解出ρ＝＝48 Ω·m. (4)在本題中，由于待測導(dǎo)電溶液電阻阻值較大，故應(yīng)采用電流表的內(nèi)接法，從表1可看出電表示數(shù)從零開始，故應(yīng)采用滑動變阻器的分壓式接法．電路圖與實(shí)物連接圖如下圖所示． [規(guī)范思維]　(1)電阻的測量問題有多種呈現(xiàn)形式，首先要確定的是電流表到底是采用“內(nèi)接法”還是“外接法”． (2)要正確連接實(shí)物圖，首先應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)原理，畫出實(shí)驗(yàn)原理圖(本題要求畫原理圖，如果不要求，也要先畫出原理圖，再畫連線圖) 【課時效果檢測】 1．A 2．(1)10.40　(2)2.720　(3)1.70　0.48 0．485×10－3 3．(1)0.679　(2)①A　C　E　

24、②錯誤1：導(dǎo)線連接在滑動變阻器的滑片上　錯誤2：采用了電流表內(nèi)接法 解析　(1)從螺旋測微器的主尺上可以看出，半毫米刻線已經(jīng)露出來，因此主尺上應(yīng)讀0.5 mm，可動刻度接近第18個刻線，可以估讀0.179 mm，所以該金屬絲直徑應(yīng)為0.5 mm＋0.179 mm＝0.679 mm. (2)①因?yàn)閮晒?jié)干電池的電動勢是3 V，用3 V量程的電壓表A；因?yàn)榻饘俳z的電阻大約為5 Ω，如果把3 V的電動勢全加在金屬絲上，電流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5 Ω，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選10 Ω的滑動變阻器E. 4．(1)R0　標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)　(2)R

25、N　標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)的讀數(shù)仍為I　(3)平均值 解析　本題為用替代法測未知電流表的內(nèi)阻，其實(shí)驗(yàn)步驟為：(1)將S撥向接點(diǎn)1，接通S1，調(diào)節(jié)R0，使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)的讀數(shù)I；(2)然后將S撥向接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)RN，使標(biāo)準(zhǔn)電流表(或A0)的讀數(shù)仍為I，記下此時RN的讀數(shù)；(3)多次重復(fù)上述過程，計算RN讀數(shù)的平均值，此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值． 5．(1)0.700　(2)電路圖如圖所示(測量電路必須用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法亦可)　(3)B　D　F　(4) 解析　(1)螺旋測微器讀數(shù)時要注意固定刻度上0.5刻度是否已露出，對可動尺讀數(shù)時要注意估讀到小數(shù)點(diǎn)后第三位，單位為mm. (2)電源的電動勢為3.0 V，考慮到電壓表的量程和精確度兩個因素，電壓表應(yīng)選B；干路中電流的最大值Imax＝＝ A＝0.6 A，電流表應(yīng)選D；考慮到實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，滑動變阻器應(yīng)選F. (3)比較電壓表內(nèi)阻、電流表內(nèi)阻和待測電阻的大小關(guān)系，可得測量電路必須用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法和限流式接法均可． (4)由R＝、R＝ρ和S＝π()2聯(lián)立解得該銅芯線材料的電阻率的表達(dá)式為 ρ＝.