2020年高考物理 必考17個實驗精講精練 專題09 測定金屬的電阻率(含解析)

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1、測定金屬的電阻率 一、知識點梳理 電阻定律,其中為電阻率,則,L為導(dǎo)線長度,用刻度尺測量,S為導(dǎo)線橫截面積,,為導(dǎo)線直徑,用游標卡尺或螺旋測微器測量。 游標卡尺和螺旋測微器的結(jié)構(gòu)、使用和讀數(shù) 游標卡尺:先讀主尺,再讀游標尺,然后相加。游標尺的第幾個格與主尺的某格對齊,則用游標卡尺的精確度乘以幾。游標卡尺精確度一般有3種,即0.1mm(10個格的游標尺),0.05mm(20個格的游標尺),0.02mm(50個格的游標尺).游標卡尺不估讀。 螺旋測微器:先讀固定刻度,再可動刻度,然后相加。螺旋測微器要估讀。 電阻R用伏安法測量。 1. 伏安法測電阻中電流表內(nèi)接和外接電路 電路圖

2、如下甲圖,是電流表外接,乙圖則是電流表內(nèi)接。 2.誤差分析 電流表外接時,電壓表分流引起系統(tǒng)誤差,測量值=,為電阻R與電壓表內(nèi)阻的并聯(lián)值,所以,測量值小于真實值。 電流表內(nèi)接時,測量值為,為電阻與電流表內(nèi)阻的串聯(lián)值,所以,測量值大于真實值。 所以,當電阻小于小于電壓表內(nèi)阻時,是小電阻用電流表外接法,當電阻大于大于電流表內(nèi)阻時,是大電阻,用電流表內(nèi)接法。。 3.怎樣才算小電阻和大電阻呢? 取,待測電阻R,若,則為小電阻,用電流表外接法;若,則為大電阻,用電流表內(nèi)接法。 關(guān)于伏安法測電阻實驗中的電流表外接和內(nèi)接的問題,是高考的重點和熱點,也是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點,有的同學(xué)總有點似懂非

3、懂、似是而非的感覺。通過例題談一談測電阻實驗中的電流表內(nèi)接和電流表外接的問題。 二、例題和習(xí)題(含近年來高考全國1、全國2、全國3、北京、天津、江蘇省、海南等卷物理實驗題) 1. (2019年高考天津卷第9(3)題) 現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。 ①某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示,其讀數(shù)是______。 固定刻度0,可動刻度0.200,答案為0.200mm ②利用下列器材設(shè)計一個電路,盡量準確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻,約為,畫出實驗電路圖,并標明器材代號。 電源 (電動勢,內(nèi)阻約為) 電流表 (量程,內(nèi)阻) 電流表

4、 (量程,內(nèi)阻約為) 滑動變阻器 (最大阻值,額定電流) 開關(guān)及導(dǎo)線若干 ③某同學(xué)設(shè)計方案正確,測量得到電流表的讀數(shù)為,電流表的讀數(shù)為,則這段金屬絲電阻的計算式______。從設(shè)計原理看,其測量值與真實值相比______(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。 【答案】9.(3)①(均可) ②如圖 ③ 相等 【解析】并聯(lián)電路電阻與電流成反比 解得. 從原理看,測量值等于真實值。因為根據(jù)的原理是并聯(lián)電路電阻與電流成反比。 2. (2019年高考全國2卷23題)(10分) 某小組利用圖(a)所示的電路,研究硅二極管在恒定電流條件下的

5、正向電壓U與溫度t的關(guān)系,圖中V1和V2為理想電壓表;R為滑動變阻器,R0為定值電阻(阻值100 Ω);S為開關(guān),E為電源。實驗中二極管置于控溫爐內(nèi),控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(圖中未畫出)測出。圖(b)是該小組在恒定電流為50.0μA時得到的某硅二極管U-I關(guān)系曲線?;卮鹣铝袉栴}: (1)實驗中,為保證流過二極管的電流為50.0μA,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電壓表V1的示數(shù)為U1= mV;根據(jù)圖(b)可知,當控溫爐內(nèi)的溫度t升高時,硅二極管正向電阻 (填“變大”或“變小”),電壓表V1示數(shù) (填“增大”或“減小”),此時應(yīng)將R的滑片向 (填“A”或“B”)

6、端移動,以使V1示數(shù)仍為U1。 (2)由圖(b)可以看出U與t成線性關(guān)系,硅二極管可以作為測溫傳感器,該硅二極管的測溫靈敏度為= ×10-3V/℃(保留2位有效數(shù)字)。 【答案】23.(1)5.00 變小 增大 B (2)2.8 【解析】(1) 溫度升高,電壓變小,電流不變,所以電阻變小。 ,I增大,電壓增大,要使V1示數(shù)仍為U1,電流應(yīng)仍然為50.0mA,應(yīng)增大電阻R,所以應(yīng)將R的滑片向B滑動。 (2) 3. (2019年高考江蘇省物理卷第11題)(10分)某同學(xué)測量一段長度已知的電阻絲的電阻率.實驗操作如下: (1)螺旋測微器如題11-1圖所示.在

7、測量電阻絲直徑時,先將電阻絲輕輕地夾在測砧與測微螺桿之間,再旋動 (選填“A”“B”或“C”),直到聽見“喀喀”的聲音,以保證壓力適當,同時防止螺旋測微器的損壞. (題11–1圖) (2)選擇電阻絲的 (選填“同一”或“不同”)位置進行多次測量,取其平均值作為電阻絲的直徑. (3)題11-2甲圖中Rx,為待測電阻絲.請用筆畫線代替導(dǎo)線,將滑動變阻器接入題11-2乙圖實物電路中的正確位置. (題11-2甲圖) (題11-2乙圖) (4)為測量R,利用題11-2甲圖所示的電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值,作出的U1–I

8、1關(guān)系圖象如題11-3圖所示.接著,將電壓表改接在a、b兩端,測得5組電壓U2和電流I2的值,數(shù)據(jù)見下表: U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出U2–I2圖象. (5)由此,可求得電阻絲的Rx= Ω.根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率. 【答案】(1)C (2)不同 (3)見圖1 (4)見圖2 (5)23.5(23.0~24.0都算對) 【解析】根據(jù)U-I圖象的斜率求電阻的方法,由圖2,,,所以。 4. 一課外實

9、驗小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值,圖中R0為標準定值電阻(R0=20.0 Ω);可視為理想電壓表。S1為單刀開關(guān),S2位單刀雙擲開關(guān),E為電源,R為滑動變阻器。采用如下步驟完成實驗: (1)按照實驗原理線路圖(a),將圖(b)中實物連線; (2)將滑動變阻器滑動端置于適當位置,閉合S1; (3)將開關(guān)S2擲于1端,改變滑動變阻器動端的位置,記下此時電壓表的示數(shù)U1;然后將S2擲于2端,記下此時電壓表的示數(shù)U2; (4)待測電阻阻值的表達式Rx=_____________(用R0、U1、U2表示); (5)重復(fù)步驟(3),得到如下數(shù)據(jù): 1 2 3 4

10、5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次測量所得的平均值,求得Rx=__________Ω。(保留1位小數(shù)) 【解析】實驗原理: ,其中,代入得Rx= 【答案】23.(1) (4) (6)48.2 5. 某同學(xué)用伏安法測定待測電阻Rx的阻值(約為10 kΩ),除了Rx,開關(guān)S、導(dǎo)線外,還有下列器材供選用: A.電壓表(量程0~1 V,內(nèi)阻約為10 kΩ) B.電壓表(量程0~10 V,內(nèi)阻

11、約為100 kΩ) C.電流表(0~1 mA內(nèi)阻約為30 Ω) D.電流表(0~0.6 A,內(nèi)阻約為0.05 Ω) E.電源(電動勢1.5 V,額定電流0.5 A,內(nèi)阻不計) F.電源(電動勢12 V,額定電流2 A,內(nèi)阻不計) G.滑動變阻器R0(阻值范圍0~10 Ω,額定電流2 A) ①為使測量盡量準確,電壓表選用_________,電流表選用______________,電源選用______________。(均填器材的字母代號); ②畫出測量Rx阻值的實驗電路圖。 ③該同學(xué)選擇器材、連接電路和操作均正確,從實驗原理上看,待測電阻測量值會______________其真實

12、值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是____________________________。 【解析】因為待測電阻很大,所以電路圖中電流表內(nèi)接。 已經(jīng)滿足電流表內(nèi)阻很小,電壓表內(nèi)阻很大,所以器材選擇主要考慮誤差小。當電源電動勢1.5 V時,電路電流約為,當電源電動勢12 V時,電路電流約為,所以電流表選C,因為如果選D,電流表指針偏轉(zhuǎn)太小,則誤差太大。 此時電源要選F,因為如果選E,電流太??;電壓表要選B。 【答案】9.(3)①B;C;F②③大于;電壓表的讀數(shù)大于待測電阻兩端實際電壓(其他正確表述也可) 6. 小明同學(xué)通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系

13、.已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 Ω,R隨t的升高而增大.實驗電路如圖所示,控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度. 實驗時閉合S,先將開關(guān)K與1端閉合,調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度,分別記下溫度t1,t2,…和電流表的相應(yīng)示數(shù)I1,I2,….然后將開關(guān)K與2端閉合,調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)再次為I1,I2,…,分別記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)R1,R2,…. (1)有以下兩種電流表,實驗電路中應(yīng)選用. (A)量程0~100 mA,內(nèi)阻約2Ω (B)量程0~0.6 A,內(nèi)阻可忽略 (2)實驗過程中,要將電阻箱的阻值由9.9 Ω調(diào)節(jié)至10.0Ω,需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”,正確的操作順序

14、是. ①將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1” ②將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0” ③將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0” (3) 實驗記錄的t和R的數(shù)據(jù)見下表: 請根據(jù)表中數(shù)據(jù),在答題卡的方格紙上作出R-t圖線. 由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R=Ω. 【答案】(1)A (2)①②③(或①③②)(3)見下圖 0.04t+8.8(0.04t+8.6~0.04t+9.0都算對) 【解析】(1)已知電源電動勢為1.5V,R在常溫下的阻值為約10Ω,當滑動變阻器接入電路的阻值最大時,常溫下電路的電流最小,約為75mA,所以電流表選擇A; (2)先將旋鈕a由0旋到1,然后將個位數(shù)及小數(shù)

15、位旋轉(zhuǎn)至0,所以順序為①②③; (3)描點畫圖,如圖所示,由圖線可求R隨t的變化關(guān)系為R=0.04t+8.8 7. 某同學(xué)用伏安法測量導(dǎo)體的電阻,現(xiàn)有量程為3 V、內(nèi)阻約為3 kΩ的電壓表和量程為0.6 A、內(nèi)阻約為0.1 Ω的電流表。采用分壓電路接線,圖1是實物的部分連線圖,待測電阻為圖2中的R1,其阻值約為5 Ω。 (1)測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導(dǎo)線①連接______(填a或b)、導(dǎo)線②連接______(填c或d)。 (2)正確接線測得實驗數(shù)據(jù)如表,用作圖法求得R1的阻值為______Ω。 (3)已知圖2中R2與R1是材料相同、厚度相等、表面為正方形的兩導(dǎo)體,R2的邊長

16、是R1的,若測R2的阻值,則最優(yōu)的連線應(yīng)選_____(填選項)。 A.①連接a,②連接c B.①連接a,②連接d C.①連接b,②連接c D.①連接b,②連接d 【答案】(1)a、d;(2)作圖見右,4.4~4.7(3)B 【解析】(1)小電阻外界發(fā);滑動變阻器用分壓電路;故測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導(dǎo)線①連接a、導(dǎo)線②連接d;(2)作圖如圖;則;(3)根據(jù)電阻定律,故R2=R1,要測R2的阻值,與測量R1一樣,最佳的連接應(yīng)①連接a,②連接d;故選B. 8.某同學(xué)利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度,測量結(jié)果如圖(a)和(b

17、)所示。該工件的直徑為______cm,高度為________mm。 【答案】, 9.同學(xué)們測量某電阻絲的電阻,所用電流表的內(nèi)阻與相當,電壓表可視為理想電壓表. ①若使用題6圖2所示電路圖進行實驗,要使得的測量值更接近真實值,電壓表的a端應(yīng)連接到電路的 點(選填“b”或“c”). ②測得電阻絲的圖如題6圖3所示,則為 (保留兩位有效數(shù)字)。 ③實驗中,隨電壓進一步增加電阻絲逐漸進入熾熱狀態(tài).某同學(xué)發(fā)現(xiàn)對熾熱電阻絲吹氣,其阻值會變化.他們對此現(xiàn)象進行探究,在控制電阻絲兩端的電壓為10V的條件下,得到電阻絲的電阻隨風(fēng)速(用風(fēng)速計測)的變化關(guān)系如

18、題6圖4所示.由圖可知當風(fēng)速增加時,會 (選填“增大”或“減小”)。當風(fēng)速增加過程中,為保持電阻絲兩端電壓為10V,需要將滑動變阻器的滑片向 (選填“M”或“N”). ④為了通過電壓表的示數(shù)來顯示風(fēng)速,同學(xué)們設(shè)計了如題6圖5所示的電路.其中為兩只阻值相同的電阻,為兩根相同的電阻絲,一根置于氣流中,另一根不受氣流影響,為待接入的理想電壓表。如果要求在測量中,風(fēng)速從零開始增加,電壓表的示數(shù)也從零開始增加,則電壓表的“+”端和“—”端應(yīng)分別連接到電路中的 點和 點(在“a”“b”“c”“d”中選填). 【答案】(2)①c ②4.1(4

19、.0~4.2)③減小,M ④b,d 【解析】①因為電壓表是理想電表,所以電壓表的分流作用可以不考慮,所以接c。 ②圖線的斜率即為電阻絲的電阻值, ③從圖4可以看出,隨飛速的增大,電阻減小 因為電阻減小,要保持RX電壓不變,就要增大電流。要增大電流,滑動變阻器的分壓要增大,所以滑動端要向M滑動。 ④4個電阻組成橋式電路,b點電勢等于,d點電勢從開始減小,所以電壓表讀數(shù)從0開始增大,所以電壓表+接b,-接d。 圖1 ————————。 33

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