（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復習 第七章 恒定電流 實驗六 決定導線電阻的因素講義（含解析）.docx

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實驗六　決定導線電阻的因素 1．實驗原理(如圖1所示) 由R＝ρ得ρ＝，因此，只要測出金屬絲的長度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. 圖1 2．實驗器材 待測金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動變阻器(0～50Ω)，開關(guān)，導線若干，螺旋測微器，毫米刻度尺． 3．實驗步驟 (1)用螺旋測微器在待測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d. (2)連接好用伏安法測電阻的實驗電路． (3)用毫米刻度尺測量接入電路中的待測金屬絲的有效長度，反復測量三次，求出其平均值l. (4)把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置． (5)閉合開關(guān)，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，填入記錄表格內(nèi)． (6)將測得的Rx、l、d值，代入Rx＝ρ和S＝中，計算出金屬絲的電阻率． 4．數(shù)據(jù)處理 (1)在求Rx的平均值時可用兩種方法 ①用Rx＝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：ρ＝Rx＝. 5．誤差分析 (1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一． (2)采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏?。? (3)金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差． (4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差． 6．注意事項 (1)本實驗中待測金屬絲的電阻值較小，因此實驗電路一般采用電流表外接法． (2)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、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端． (3)測量待測金屬絲的有效長度，是指測量待測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測金屬絲長度，測量時應(yīng)將金屬絲拉直，反復測量三次，求其平均值． (4)測金屬絲直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值． (5)閉合開關(guān)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． (6)在用伏安法測電阻時，通過待測金屬絲的電流I不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬絲的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大． (7)若采用圖象法求R的平均值時，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮． 自測　在“測定金屬的電阻率”的實驗中，由ρ＝可知，對實驗結(jié)果的準確性影響最大的是(　　) A．導線直徑d的測量 B.電壓U的測量 C．電流I的測量 D．導線長度的測量 答案　A 命題點一　教材原型實驗 例1　(2018南京市、鹽城市二模)某同學欲測量一卷粗細均勻、阻值約為100Ω的金屬漆包線的長度，備選器材如下： A．量程為5mA、內(nèi)阻r1＝50Ω的電流表A1 B．量程為0.6A、內(nèi)阻r2＝0.2Ω的電流表A2 C．量程為6V、內(nèi)阻r3約為15kΩ的電壓表V D．最大阻值為15Ω、最大允許電流為2A的滑動變阻器 E．定值電阻R1＝5Ω F．電動勢E＝6V、內(nèi)阻很小的直流電源 G．開關(guān)一個、導線若干 H．螺旋測微器 (1)已知做成這種漆包線芯的金屬絲的電阻率為ρ，若金屬絲的電阻用R表示，直徑用d表示，則這一卷漆包線的長度l＝________. (2)該同學用螺旋測微器測金屬絲的直徑如圖2甲所示，則螺旋測微器的示數(shù)d＝______mm. (3)為了盡可能精確地測量該金屬絲的電阻，電流表應(yīng)選用________(選填“A”或“B”)，請在圖乙方框中畫出實驗原理電路圖． 圖2 (4)若該同學在測量金屬絲直徑時沒有去除漆包線表面的絕緣漆，這會使實驗測得該漆包線的長度與真實值相比________(選填“偏大”或“偏小”)． 答案　(1)　(2)0.600　(3)A　見解析圖　(4)偏大 解析　(1)根據(jù)電阻定律R＝，可得漆包線的長度l＝. (2)螺旋測微器的示數(shù)為0.600mm； (3)金屬絲中的最大電流I＝＝0.06A，電流表A2的量程0.6A太大，測量的誤差較大，故應(yīng)選電流表A1，因A1的量程小于0.06A，故電路中應(yīng)對電流表A1改裝，使其量程變大，實驗原理電路圖如圖所示； (4)若該同學在測量金屬絲直徑時沒有去除漆包線表面的絕緣漆，則測量的直徑偏大，由l＝知，長度也偏大． 變式1　(2018泰州中學等綜合評估)要測量某種合金的電阻率． 圖3 (1)若合金絲長度為l，直徑為D，阻值為R，則其電阻率ρ＝________. 用螺旋測微器測合金絲的直徑如圖3甲所示，讀數(shù)為________mm. (2)圖乙是測量合金絲阻值的原理圖，S2是單刀雙擲開關(guān)．根據(jù)原理圖在圖丙中將實物連線補充完整． (3)閉合S1，當S2處于位置a時，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U1＝1.35V，I1＝0.30A；當S2處于位置b時，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U2＝0.92V，I2＝0.32A．根據(jù)以上測量數(shù)據(jù)判斷，當S2處于位置________(選填“a”或“b”)時，測量相對準確，測量值Rx＝_______Ω. (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)　0.650　(2)見解析圖　(3)b　2.9 解析　(1)合金絲電阻：R＝ρ＝ρ， 則電阻率：ρ＝； 圖示螺旋測微器讀數(shù)為：0.5mm＋15.00.01mm＝0.650mm； (2)實物連線如圖所示： (3)根據(jù)＝≈0.32， 而＝≈0.07， 可知，使用電流表外接法測量相對準確，即S2處于位置b， 根據(jù)歐姆定律，則有：Rx＝Ω≈2.9Ω. 命題點二　實驗的拓展與創(chuàng)新 例2　(2018南京市學情調(diào)研)圖4甲是用來測量某電阻絲材料的電阻率的電路圖．實驗中把電阻絲拉直后固定在接線柱a和b上，移動滑片改變接觸點P的位置，可改變接入電路中電阻絲的長度．實驗可供選擇的器材還有： 器材編號 器材名稱 規(guī)格與參數(shù) A 電池E 電動勢3.0V，內(nèi)阻未知 B 電流表A1 量程0～100mA，內(nèi)阻約為5Ω C 電流表A2 量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω D 電阻箱R 0～999.9Ω E 開關(guān)、導線 若干 實驗操作如下： a．用螺旋測微器在電阻絲上三個不同的位置分別測量電阻絲的直徑d； b．將選用的實驗器材，按照圖甲連接實驗電路； c．調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路中的電阻值較大； d．接觸點P在電阻絲上某位置時，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表滿偏，然后斷開開關(guān)．記錄電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長度l. e．改變接觸點P的位置，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表再次滿偏；重復多次，記錄每一次電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長度l. f．斷開開關(guān)，整理好器材，進行實驗數(shù)據(jù)分析． 圖4 (1)某次測量電阻絲直徑d時，螺旋測微器示數(shù)如圖乙所示，d＝________mm； (2)實驗中電流表應(yīng)選擇________(選填供選器材前的編號)； (3)用記錄的多組電阻箱的阻值R和對應(yīng)的接入電路中電阻絲長度l的數(shù)據(jù)，繪出了如圖丙所示的R－l關(guān)系圖線，圖線在R軸的截距為R0，在l軸的截距為l0，那么電阻絲的電阻率表達式ρ＝________(用R0、l0、d表示)； (4)本實驗中，電流表的內(nèi)阻對電阻率的測量結(jié)果_________(選填“有”或“無)影響，這是因為________． 答案　(1)0.730　(2)B　(3)　(4)無　根據(jù)歐姆定律解得R＝－l＋－(r＋RA)(其中RA為電流表內(nèi)阻，即電流表內(nèi)阻可視為電源內(nèi)阻)，可見電流表內(nèi)阻對圖象的斜率沒有影響，即電流表內(nèi)阻對電阻率的測量結(jié)果無影響 變式2　(2018鎮(zhèn)江市模擬)小華利用圖5甲電路測量某種導電液體的電阻率，玻璃管的橫截面積S＝210－3m2，通過K可以控制管內(nèi)導電液體的長度，管兩端接有導電活塞(電阻不計)，右活塞固定，左活塞可在管內(nèi)自由移動，兩活塞均與玻璃管密封良好．實驗器材如下：電源(電動勢為12 V，內(nèi)阻不計)，兩只相同的電壓表V1、V2(量程為3 V，內(nèi)阻足夠大)，電阻R1＝400 Ω，電阻R2＝1500Ω，電阻箱R(0～9999.9Ω)，單刀雙擲開關(guān)S，刻度尺． 圖5 (1)小華的主要實驗步驟如下： ①向玻璃管內(nèi)注入導電液體，用刻度尺測量液柱長度如圖乙所示，其長度L＝________cm； ②連接好電路，把S撥到位置“1”，電壓表V1的示數(shù)如圖丙所示，示數(shù)為U1＝________V； ③將S撥到位置“2”，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表V2的示數(shù)仍為U1，此時電阻箱的阻值R＝300Ω； ④求得管內(nèi)液柱的電阻Rx＝_____Ω，導電液體的電阻率ρ＝______Ωm(保留兩位有效數(shù)字)． (2)請指出小華實驗的不足之處_________________________________． (3)在實驗步驟③中，若在小華調(diào)節(jié)電阻箱的過程中，無意中由于K未關(guān)緊而漏掉了少量的液體，則小華測得的電阻率ρ的值將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)． (4)小清同學仍利用該裝置進行實驗，他通過K調(diào)節(jié)管內(nèi)液柱長度，記錄多組數(shù)據(jù)如表所示，繪制出R－關(guān)系圖象后也可求出液體的電阻率ρ.請你在圖6中繪制出此圖象． 物理量 次數(shù)　　　　 R/(102Ω) /m－1 1 0.6 1.0 2 1.2 2.0 3 1.8 3.0 4 2.4 4.0 5 3.0 5.0 圖6 答案　(1)①19.97(19.95～19.99之間均可)　②2.00?、?000　20　(2)未多次測量取平均值　(3)不變 (4)如圖所示 1．(2018蘇州市期初調(diào)研)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中： (1)小組同學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7甲、乙、丙所示，則它們的讀數(shù)值依次是________mm、________A、________V. 圖7 (2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0～10Ω，電流表內(nèi)阻約幾歐，電壓表內(nèi)阻約幾十千歐，電源為干電池組(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E＝4.5V，內(nèi)阻較小．則A、B兩電路圖中，________(選填字母代號)電路為本次實驗應(yīng)當采用的較好電路，但用此電路測量的金屬絲電阻仍然會比真實值偏________(選填“大”或“小”)． (3)若已知實驗所用的電流表內(nèi)阻的準確值RA＝2.0Ω，那么能準確測量出金屬絲電阻Rx的電路應(yīng)是A、B兩電路圖中的________(選填字母代號)電路．使用該電路實驗時，電流表示數(shù)為I，電壓表示數(shù)為U，則金屬絲電阻Rx＝________( 用題中字母代號表示)． 答案　(1)0.997　0.44　2.27　(2)A　小　(3)B?。璕A 解析　(1)螺旋測微器固定部分讀數(shù)為0.5 mm，可動部分可估讀為49.70.01 mm＝0.497 mm，故讀數(shù)為：0.5 mm＋0.497 mm＝0.997 mm；電流表量程為0.6 A，則最小分度為0.02 A，讀數(shù)為0.44 A；電壓表量程為3 V，最小分度為0.1 V，需估讀一位，故讀數(shù)為：2.27 V. (2)因電源不能在大功率下長時間使用，則本實驗應(yīng)采用限流接法；同時電壓表內(nèi)阻較大，由以上讀數(shù)可知，金屬絲電阻的內(nèi)阻約為5 Ω，故采用電流表外接法誤差較小，故選A電路；在實驗中電壓表示數(shù)準確，但電流表測量的是干路電流，故電流表示數(shù)偏大，則由歐姆定律得出的結(jié)果偏小，故用此電路測量的金屬絲電阻會比真實值偏?。? (3)因已知電流表內(nèi)阻的準確值，則可以利用電流表內(nèi)接法準確求出金屬絲電阻，故應(yīng)選B電路；金屬絲電阻及電流表總電阻：R＝，則金屬絲電阻Rx＝R－RA＝－RA. 2．(2019小海中學月考)某同學為“探究決定電阻絲電阻的因素，設(shè)計了如圖8所示電路，電路中ab是一段電阻率較大、粗細均勻的電阻絲，保護電阻R0＝4.0 Ω，電源的電動勢E＝3.0 V，電流表內(nèi)阻忽略不計，滑片P與電阻絲始終接觸良好． 圖8 (1)實驗中用螺旋測微器測得電阻絲的直徑如圖9所示，其示數(shù)為d＝________mm. 圖9 (2)實驗時閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片P的位置，分別測量出每次實驗中aP長度x及對應(yīng)的電流值I，實驗數(shù)據(jù)如下表所示： x(m) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 I(A) 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28 (A－1) 2.04 2.33 2.63 3.03 3.23 3.57 ①將表中數(shù)據(jù)描在－x坐標紙中，如圖10所示．請作出其關(guān)系圖線，圖線斜率的表達式k＝______(用題中字母表示)，由圖線求得電阻絲的電阻率ρ＝_____Ωm(保留兩位有效數(shù)字)． 圖10 ②根據(jù)圖中－x關(guān)系圖線縱軸截距的物理意義，可求得電源的內(nèi)阻為r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． 答案　(1)0.400　(2)①見解析圖　　1.110－6?、?.3 解析　(1)由題圖所示螺旋測微器可知，其示數(shù)為0mm＋40.00.01mm＝0.400mm. (2)①－x圖線如圖所示，由閉合電路歐姆定律有，I＝，那么＝＋，由電阻定律可知：R＝ρ＝ρ＝ρ，則＝＋x，則－x圖象的斜率：k＝，由圖示圖象可知：k＝≈3，電阻率ρ＝，代入數(shù)據(jù)得：ρ≈1.110－6Ωm. ②由－x關(guān)系圖線知縱軸截距為1.77A－1，則＝1.77A－1，解得：r≈1.3Ω. 3．(2018南通市調(diào)研)在探究“決定電阻絲電阻的因素”實驗中，實驗小組根據(jù)下表中給出的電阻絲，分別探究電阻與長度、橫截面積、材料的關(guān)系. 編號 A B C D E F G 材料 鎳鉻合金 康銅絲 錳銅絲 長度/m 1.0 0.5 1.0 1.5 1.0 1.0 1.0 橫截面積/mm2 1.0 1.0 0.5 1.0 2.0 1.0 1.0 (1)為探究電阻絲電阻與長度的關(guān)系，應(yīng)選擇表中________(填寫編號)進行實驗． (2)實驗小組設(shè)計了如圖11甲、乙所示的電路，其中R1和R2為兩段電阻絲，為能直觀反映兩電阻大小關(guān)系，應(yīng)選擇________(選填“甲”或“乙”)電路進行實驗． 圖11 (3)實驗小組采用圖12所示裝置測量電阻絲的電阻率，通過改變鱷魚嘴夾子在電阻絲上的位置，改變接入電路中的電阻絲長度，測出接入電路電阻絲的長度L和對應(yīng)的電流表讀數(shù)I. 圖12 ①請用筆畫線代替導線在圖中將實物電路連接完整． ②實驗中測出多組I和L的數(shù)據(jù)，作出－L圖線，測得圖線斜率為k，已知電源電動勢為E，電阻絲橫截面積為S，則電阻絲電阻率ρ＝________. ③關(guān)于實驗操作過程和誤差分析，下列說法中正確的有________． A．開關(guān)閉合前，應(yīng)將圖中滑動變阻器滑動觸頭移到最左端 B．閉合開關(guān)，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，在不斷開電路情況下，用多用電表電壓擋檢查電路 C．實驗誤差原因之一是測量電阻絲接入電路的長度有誤差 D．實驗誤差的主要來源是電流表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻 答案　(1)ABD　(2)甲　(3)①如圖所示　②kES?、跙C