2020-2021年高考物理必考实验八：测定金属丝电阻率 18页

2020-2021 年高考物理必考实验八：测定金属丝电阻率 1.实验目标 (1).进一步掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.(2).掌握螺旋测微器和游标卡尺的 原理及读数方法.(3).学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率． 2.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 )．由于金属丝的电阻较小，选择电流表外接 法；由于不要求电压必须从 0 开始调节，所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法．请在方框内画出实验 电路原理图． (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＝πd2 4 )． (3)．由电阻定律 R＝ρl S ，得ρ＝RS l ＝πd2R 4l ＝πd2U 4lI ，求出电阻率． 3.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、被测金属丝、电池、滑动变阻器． 4.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． 螺旋测微器的原理及读数方法 ①构造：如图所示，B 为固定刻度，E 为可动刻度． ②原理：测微螺杆 F 与固定刻度 B 之间的精密螺纹的螺距为 0.5mm，即旋钮 D 每旋转一周，F 前进或后退 0.5mm，而可动刻度 E 上的刻度为 50 等份，每转动一小格，F 前进或后退 0.01mm，即螺旋测微器的精确度 为 0.01mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺． ③读数：a.测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出． b.测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)． (2)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，反复测量 3 次，并记录． 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．(如图所示) ②用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径． ③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) 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm (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. (3)连电路：按如图所示的电路图连接实验电路． (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． 5.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 值分别由公式 R＝U I 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，利用图象的斜率求出电阻 R. 6.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 时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；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． 【典例 1】(2019·江西宜春市上学期期末)某兴趣小组测定某种带状卷成卷盘状的导电物质的电阻率，如图甲 所示． (1)他们先用螺旋测微器测出带的厚度为 d，这种物质表面镀了一层绝缘介质，其厚度不计，用游标卡尺测 出带的宽度 L、内径 D1、外径 D2(d≪D2－D1)．其中宽度 L 的读数如图乙所示，则宽度 L＝________mm. (2)然后用伏安法测这根带的电阻，在带的两端引出两个接线柱，先用欧姆表粗测其电阻约为 500Ω，再将其 接入测量电路．在实验室里他们找到了以下实验器材： A．电源 E(电动势为 4V，内阻约为 0.5Ω) B．电压表 V(量程为 15V，内阻约为 5000Ω) C．电流表 A1(量程为 300mA，内阻约为 2Ω) D．电流表 A2(量程为 250mA，内阻为 2Ω) E．滑动变阻器 R1(总阻值为 10Ω) F．滑动变阻器 R2(总阻值为 100Ω) G．定值电阻 R0＝10Ω H．开关和导线若干 ①要更好地调节和较为精确地测定其电阻，则以上不必要的器材有________(填器材前面的序号)； ②在方框内画出实验电路图； ③若测出的电阻为 R，则其电阻率为ρ＝________(用 d、D1、D2、L、R 表示)． 【答案】 (1)9.8 (2) ①BF ②见解析图 ③错误! 【解析】(1)游标卡尺的读数为：9mm＋8×0.1mm＝9.8mm； (2)①由于电源电压为 4V，而电压表的量程为 15V 太大了，不利于读数，故电压表不需要； 滑动变阻器 R2(总阻值为 100Ω)阻值偏大，不利于调节，产生误差较大，故不需要，所以不需要的器材为 B、 F； ②将电流表 A2 与定值电阻 R0 串联改装成电压表，并将电流表 A1 外接，从而减小测量电流和电压的误差，同 时采用滑动变阻器分压式接法，如图所示： ③若测出的电阻为 R，则根据电阻定律可以得到： R＝ρ π f(D2 2 2－π f(D1 2 2,d),Ld) 整理可以得到：ρ＝错误!. 变式 1 (2019·广东广州市 4 月综合测试)测金属丝的电阻率的实验． (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图 3(a)，其示数为________mm； (2)实验电路如图(b)，请用笔画线代替导线，完成图(c)的实物连线； (3)开启电源，合上开关，记录 aP 的长度 L 和电流表 A 的示数 I；移动线夹改变 aP 的长度 L，测得多组 L 和 I 值，作出1 I －L 图线，求得图线斜率为 k； (4)若稳压电源输出电压为 U，金属丝的横截面积为 S，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用 k、U、S 表示)． 【答案】 (1)0.360 (2)见解析图 (4)kUS 【解析】 (1)金属丝的直径为：0.01mm×36.0＝0.360mm； (2)实物连线如图： (4)由闭合电路的欧姆定律：U＝I(Rx＋R0)，而 Rx＝ρL S ； 联立解得：1 I ＝ρ US L＋R0 U ， 则ρ US ＝k，解得ρ＝kUS. 【典例 2】某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为 cm 和 mm。 甲 乙 【解析】毫米刻度尺读数时应估读一位,其读数为 60.10cm;游标卡尺读数时不需要估读,读数为 4mm+10×0.02mm=4.20mm。 【答案】60.10 4.20 【针对训练 2】某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图甲和 图乙所示。该工件的直径为 cm,高度为 mm。 甲 乙 【解析】游标卡尺读数 d=12mm+4× 1 20 mm=12.20mm=1.220cm 螺旋测微器的读数 h=6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm。 【答案】1.220 6.860 【典例 3】(1)如图甲所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为 9 mm 长 10 等分、19 mm 长 20 等 分、49 mm 长 50 等分,它们的读数依次为 mm, mm, mm。 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图乙所示,则金属丝的直径是 mm。 【解析】(1)最上面图读数:整毫米是 17,不足 1 毫米数是 7×0.1mm=0.7mm,最后结果是 17mm+0.7mm=17.7mm。 中间图读数:整毫米是 23,不足 1 毫米数是 17×0.05mm=0.85mm,最后结果是 23mm+0.85mm=23.85mm。最下面 图读数:整毫米是 3,不足 1 毫米数是 9×0.02mm=0.18mm,最后结果是 3mm+0.18mm=3.18mm。 (2) 固 定 刻 度 示 数 为 2.0mm, 不 足 半 毫 米 的 从 可 动 刻 度 上 读 , 其 示 数 为 15.0, 最 后 的 读 数:2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。 【答案】(1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150 【针对训练 3】(1)用游标卡尺测量某一工件的长度,如图甲所示,读得长度 L= cm。 (2)常用螺旋测微器的精度是 0.01 mm。图乙中的螺旋测微器读数为 5.620 mm,请在刻度线旁边的方框内标 出相应的数值以符合给出的读数。 (3)若另制作一个螺旋测微器,要求其精确度提高到 0.005 mm,而螺旋测微器的螺距仍保持 0.5 mm 不变,可以 采用的方法是 。 【解析】(1)本题中主尺读数为 10cm,游标尺第 3 条刻度线与主尺刻度对齐,所以游标尺的读数为 3×0.05mm=0.15mm=0.015cm,所以实际读数为 10+0.015=10.015cm。 (2)本题中 5.620mm=5.5mm+12.0×0.01mm,所以固定刻度填 5,可动刻度下边填 10,上边填 15。 (3)要求其精确度提高到 0.005mm,而螺旋测微器的螺距仍保持 0.5mm 不变,只要把可动刻度原来的 50 等 分的刻度变成 100 等分刻度即可。 【答案】(1)10.015 (2)如图丙所示 丙 (3)把可动刻度原来的 50 等分的刻度变成 100 等分刻度 【典例 4】 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 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： 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/A 0.020 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 Rx 是采用图中的________图(选填“甲”或“乙”)． (3)下图是测量 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(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． (4)这个小组的同学在坐标纸上建立 U、I 坐标系，如图 7 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 Rx＝ ________Ω(保留两位有效数字)． (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)． A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·m C．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m 【答案】 (1)0.398(0.395～0.399 均正确) (2)甲 (3)见解析图甲 (4)见解析图乙 4.4(4.3～4.7 均正确) (5)C 【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 Rx 的阻值大约为 5 Ω.由题知 Rx ≪ RV，故电流表Ⓐ外接．若滑动变阻器接为限流 式接法，则 Rx 两端的电压最小值 Umin＝ 5 20＋5＋1＋0.1 E≈0.6 V，而从实验数据可知 Rx 两端电压为 0.10 V， 因此滑动变阻器应采用分压式接法． (3)如图甲所示 甲 (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，如图乙所示． 乙 图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值 Rx≈4.4 Ω. (5)根据 R＝ρl S 得金属丝的电阻率ρ＝RS l ＝πRd2 4l ＝3.14×4.4× 0.398×10－3 2 4×0.5 Ω·m≈1.09×10－6Ω·m， 故选项 C 正确． 【针对训练 4】在“决定导线电阻的因素”的实验中测定金属的电阻率,若待测金属丝的电阻约为 5 Ω,要 求测量结果尽量准确,提供以下器材: A.电池组(3 V,内阻为 1 Ω) B.电流表(0~3 A,内阻为 0.0125 Ω) C.电流表(0~0.6 A,内阻为 0.125 Ω) D.电压表(0~3 V,内阻为 4 kΩ) E.电压表(0~15 V,内阻为 15 kΩ) F.滑动变阻器(0~20 Ω,允许通过的最大电流为 1 A) G.滑动变阻器(0~2000 Ω,允许通过的最大电流为 0.3 A) H.开关、导线若干 (1)实验时应从上述器材中选用 (选填仪器前的字母代号)。 (2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝 Rx 在组成测量电路时,应采用电流表 (选填“外”或 “内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏 (选填“大”或“小”)。 (3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径 d 的读数如图所示,则读数为 mm。 (4)若用 L 表示金属丝的长度,d 表示直径,测得电阻为 R,请写出计算金属丝电阻率的表达式为ρ= 。 【解析】(1)电池组电压是 3 V,流过金属丝的最大电流 Im= + =0.5 A,故电流表选 C,电压表选 D;滑动变阻器 选总阻值小的,便于调节,故选 F;另外要选导线、开关。 (2)因为 A =40, V =800,故电流表选择外接法,外接法测量值偏小。 (3)根据螺旋测微器的读数规则可知,直径 d=0.5 mm+40.0×0.01 mm=0.900 mm。 (4)由于 R=ρ =ρ 4π 2 ,解得ρ=π 2 4 。 【答案】(1)ACDFH (2)外 小 (3)0.900 (4)π 2 4【典例 5】 利用如图所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为 20Ω.带有刻度尺 的木板上有 a 和 b 两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱 a 和 b 上．在电阻丝上夹上一个带有接线柱 c 的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点 P 的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长 度．可供选择的器材还有： 电池组 E(电动势为 3.0V)； 电流表 A1(量程 0～100mA，内阻约 5Ω)； 电流表 A2(量程 0～0.6A，内阻约 0.2Ω)； 电阻箱 R(0～999.9Ω)；开关、导线若干． 实验操作步骤如下： A．用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径； B．将选用的实验器材，按照图 8 连接实验电路； C．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大； D．将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关．记录电 阻箱的电阻值 R 和接入电路的电阻丝长度 L； E．改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏．重复多次，记 录每一次电阻箱的电阻值 R 和接入电路的电阻丝长度 L； F．断开开关，整理好器材． (1)某次测量电阻丝直径 d 时，螺旋测微器示数如图所示，则 d＝________mm； (2)实验中电流表应选择________(填“A1”或“A2”)； (3)用记录的多组电阻箱的阻值 R 和对应的接入电路中电阻丝长度 L 的数据，绘出了如图所示的 R－L 关系 图线，图线在 R 轴的截距为 R0，在 L 轴的截距为 L0，再结合测出的电阻丝直径 d，写出电阻丝的电阻率表达 式ρ＝________(用给定的物理量符号和已知常数表示)． (4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果______影响(填“有”或“无”)． 【解析】 (1)螺旋测微器的读数为： d＝0.5 mm＋23.0×0.01 mm＝0.730 mm； (2)根据欧姆定律可知，电路中的最大电流为： Imax＝E Rx ＝ 3 20 A＝0.15 A＝150 mA，所以电流表应选 A1. (3)根据欧姆定律，应有：Ig＝ E Rx＋R 可得：R＝E Ig －Rx 根据电阻定律应有：Rx＝ ρL 1 4 πd2 联立以上两式可得：R＝－4ρ πd2L＋E Ig 根据函数斜率的概念应有：4ρ πd2＝R0 L0 解得：ρ＝πd2R0 4L0 (4)本题中若考虑电流表内阻 RA，则有： R＝－4ρ πd2L＋E Ig －RA，对图象的斜率没有影响，即电流表内阻对电阻率的测量结果无影响． 【答案】 (1)0.730 (2)A1 (3)πd2R0 4L0 (4)无 【针对训练 5】为了测量一根长约为 3 cm,电阻约为 100 Ω,横截面为圆形,粗细均匀的导电材料的电阻率, 所用器材如下: 直流电源 E,电动势为 8.0 V,内阻可忽略不计; 电流表 ,量程为 0~25 mA,内阻 r1=100 Ω; 电流表 ,量程为 0~150 mA,内阻 r2=20 Ω; 定值电阻 R0,阻值为 10 Ω; 滑动变阻器 R,最大阻值为 10 Ω; 开关 S、导线若干。 (1)用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示,则长度 L= mm;用螺旋测微器测得该材料的直径如图 乙所示,则直径 D= mm。 (2)为了在测量中尽量减小误差,并测多组数据,现给出测量电阻 Rx 的实验电路图丙,请据此电路图将图丁中 的实验器材连接起来。 (3)若某次测量中电流表 的示数为 I1,电流表 的示数为 I2,则由已知量和测量量计算电阻率的表达式为 ρ= 。(用题目中字母表示即可) 【解析】(1)材料的长度 L=3 cm+7×0.05 mm=30.35 mm,材料的直径 D=3 mm+20.5×0.01 mm=3.205 mm。 (2)如图戊所示。 (3)由欧姆定律可得 Rx= 2 ( 0+2 ) 1 -r1 由电阻定律可得 Rx=ρ =ρ 4π 2 联立可解得ρ=π 2 41L [I2(R0+r2)-I1r1]。 【答案】(1)30.35 3.205 (2)如图戊所示 戊 (3)π 2 41L [I2(R0+r2)-I1r1] 【典例 6】某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用毫米刻度尺测出接入电路部分的金属丝长度为 l＝0.720m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值约为 5Ω)， 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： A．直流电源(输出电压为 3V) B．电流表 A(量程 0～0.6A，内阻约 0.125Ω) C．电压表 V(量程 0～3V，内阻 3kΩ) D．滑动变阻器(最大阻值 20Ω) 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 Rx＝4.0Ω，则这种金属材料的电阻率为________Ω·m(计算结果保 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 ＝πRxd2 4l ，将 Rx＝4.0Ω、l＝0.720m、d＝0.600mm＝0.600×10－3m 代入得 ρ≈1.6×10－6Ω·m. 【针对训练 6】某同学通过实验测定一个阻值约为 5Ω的电阻 Rx 的阻值． (1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流 2A)、开关和导线若干，以及下列电表： A．电流表(0～3A，内阻约 0.025Ω) B．电流表(0～0.6A，内阻约 0.125Ω) C．电压表(0～3V，内阻约 3kΩ) D．电压表(0～15V，内阻约 15kΩ) 为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验 电路应采用图中的________(选填“甲”或“乙”)． (2)下图是测量 Rx 的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成 图中实物间的连线． (3)接通开关，改变滑动变阻器滑片 P 的位置，并记录对应的电流表示数 I、电压表示数 U.某次电表示数 如图所示，可得该电阻的测量值 Rx＝U I ＝________Ω(保留两位有效数字)． (4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是__________________；若在(1)问中选用乙电路，产 生误差的主要原因是________．(选填选项前的字母) A．电流表测量值小于流经 Rx 的电流值 B．电流表测量值大于流经 Rx 的电流值 C．电压表测量值小于 Rx 两端的电压值 D．电压表测量值大于 Rx 两端的电压值 【答案】 (1)B C 甲 (2)见解析图 (3)5.2 (4)B D 【解析】 (1)为了减小测量误差，应使电表读数为量程的1 3 ～2 3 ，电源电动势为 4V，故电压表选 C.估算通 过 Rx 的最大电流约为 Im＝3 5 A＝0.6A，所以电流表应选 B.因为RV Rx ＞Rx RA ，所以电流表应外接，即应采用甲电路， 测量误差较小． (2)如图所示 (3)电流表、电压表的读数分别为 I＝0.50A，U＝2.60V，所以 Rx＝2.60 0.50 Ω＝5.2Ω. (4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，电流表测量的电流大于通过被测电阻 Rx 的电流，选 项 B 正确．乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，使电压表测量的电压大于被测电阻 Rx 两端 的电压，故选项 D 正确. 【典例 7】某同学为测定金属丝的电阻率ρ,设计了如图甲所示的电路,电路中 ab 是一段电阻率较大、粗细 均匀的电阻丝,保护电阻 R0=4.0 Ω,电源的电动势 E=3.0 V,电流表内阻忽略不计,滑片 P 与电阻丝始终接触 良好。 (1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数 d= mm。 (2)实验时闭合开关,调节滑片 P 的位置,分别测量出每次实验中 aP 长度 x 及对应的电流值 I,实验数据如下 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 1 I /A-1 2.04 2.33 2.63 3.03 3.23 3.57 ①将表中数据描在 1 -x 坐标纸中,如图丙所示,请作出其关系图线。 ②若图象中直线的斜率为 k,则金属丝的电阻率ρ= (用题中字母表示)。 ③根据图丙中 1 -x 关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻 r= Ω(结果保留 2 位有效数 字)。 【解析】(1)由图乙所示螺旋测微器可知,其示数 d=0 mm+40.0×0.01 mm=0.400 mm。 (2)①如图丁所示。 丁 ②电阻丝电阻 R=ρ ,由闭合电路欧姆定律可知,电流 I= +0+r = +0+r , 1 = x+ 0+r , 1 -x 图象是直线,便于 处理实验数据,因此需要作 1 -x 图象;其图象的斜率 k= = π 2 2 ,则电阻率ρ= π2 4 。 ③由 1 -x 图象纵坐标的截距可知 0+r =1.8,解得 r=1.4 Ω。 【答案】(1)0.400 (2)①如图丁所示 ② π2 4 ③1.4 【针对训练 7】实验室进了一批用来做螺线管的金属导线,某同学想通过实验测定该材料的电阻率。 (1)实验前他找来一定值电阻保护电表不被烧毁,为确定该产品是否可当成保护电阻,他用多用电表粗测其 电阻:将选择开关打到欧姆挡的“×10”挡,测量结果如图甲所示,则定值电阻的阻值为 Ω。 甲 (2)通过测量确定该定值电阻可当成保护电阻,他便设计了如图乙所示的原理图,根据图乙将实物图丙连接 好。 乙 丙 (3)其主要实验步骤如下: ①用螺旋测微器测金属丝的直径,测量结果如图丁所示,则金属丝的直径 D= mm。 ②适当取出一段样品材料,然后按原理图连接好实验器材。 ③用毫米刻度尺测量出接入实验电路中金属丝的长度,某次测量刻度尺的示数如图戊所示,则金属丝长度的 测量值 L= cm。 丁 戊 ④改变接入电路中金属丝的长度,重复实验多次。 (4)根据实验中的数据,最后得到了如图己所示的 R-L 图象,由图象可求得金属丝的电阻率ρ= Ω·m, 用来当成保护电阻的定值电阻 R0= Ω。 己 【解析】(1)由多用电表示数及选择倍率可知定值电阻为 5×10 Ω=50 Ω。 (2)实物图连接如图庚所示。 庚 (3)①由螺旋测微器的读数方法可得金属丝的直径 D=0.250 mm。 ③金属丝的长度 L=70.50 cm-10.00 cm=60.50 cm。 (4)由部分电路的欧姆定律得 R= =R0+R 金属丝,由电阻定律得 R 金属丝=ρ ,由以上两式得 R= L+R0,可知图己的 斜率 k= ,所以金属丝的电阻率ρ=kS,由图象得 k=25.6 Ω/m,金属丝的横截面积 S=π 2 2 ≈4.91×10-8 m2, 金属丝的电阻率ρ=kS≈1.26×10-6 Ω·m。图线在纵轴上的截距表示定值电阻的阻值,则 R0=53.3 Ω。 【答案】(1)50 (2)如图庚所示 (3)①0.250 ③60.50 (4)1.26×10-6 53.3