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  • 2021-05-24 发布

【物理】2020届一轮复习人教版第七章实验六决定导线电阻的因素学案(江苏专用)

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实验六 决定导线电阻的因素 ‎1.实验原理(如图1所示)‎ 由R=ρ得ρ=,因此,只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率ρ.‎ 图1‎ ‎2.实验器材 待测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0~0.6 A),电压表(0~3 V),滑动变阻器(0~50 Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺.‎ ‎3.实验步骤 ‎(1)用螺旋测微器在待测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d.‎ ‎(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路.‎ ‎(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值l.‎ ‎(4)把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置.‎ ‎(5)闭合开关,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入记录表格内.‎ ‎(6)将测得的Rx、l、d值,代入Rx=ρ和S=中,计算出金属丝的电阻率.‎ ‎4.数据处理 ‎(1)在求Rx的平均值时可用两种方法 ‎①用Rx=分别算出各次的数值,再取平均值.‎ ‎②用U-I图线的斜率求出.‎ ‎(2)计算电阻率 将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式:ρ=Rx=.‎ ‎5.误差分析 ‎(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一.‎ ‎(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小.‎ ‎(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差.‎ ‎(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差.‎ ‎6.注意事项 ‎(1)本实验中待测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法.‎ ‎(2)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属丝的两端.‎ ‎(3)测量待测金属丝的有效长度,是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值.‎ ‎(4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值.‎ ‎(5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置.‎ ‎(6)在用伏安法测电阻时,通过待测金属丝的电流I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大.‎ ‎(7)若采用图象法求R的平均值时,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑.‎ 自测 在“测定金属的电阻率”的实验中,由ρ=可知,对实验结果的准确性影响最大的是(  )‎ A.导线直径d的测量 B.电压U的测量 C.电流I的测量 D.导线长度的测量 答案 A 命题点一 教材原型实验 例1 (2018·南京市、盐城市二模)某同学欲测量一卷粗细均匀、阻值约为100 Ω的金属漆包线的长度,备选器材如下:‎ A.量程为5 mA、内阻r1=50 Ω的电流表A1‎ B.量程为0.6 A、内阻r2=0.2 Ω的电流表A2‎ C.量程为6 V、内阻r3约为15 kΩ的电压表V D.最大阻值为15 Ω、最大允许电流为2 A的滑动变阻器 E.定值电阻R1=5 Ω F.电动势E=6 V、内阻很小的直流电源 G.开关一个、导线若干 H.螺旋测微器 ‎(1)已知做成这种漆包线芯的金属丝的电阻率为ρ,若金属丝的电阻用R表示,直径用d表示,则这一卷漆包线的长度l=________.‎ ‎(2)该同学用螺旋测微器测金属丝的直径如图2甲所示,则螺旋测微器的示数d=______ mm.‎ ‎(3)为了尽可能精确地测量该金属丝的电阻,电流表应选用________(选填“A”或“B”),请在图乙方框中画出实验原理电路图.‎ 图2‎ ‎(4)若该同学在测量金属丝直径时没有去除漆包线表面的绝缘漆,这会使实验测得该漆包线的长度与真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”).‎ 答案 (1) (2)0.600 (3)A 见解析图 (4)偏大 解析 (1)根据电阻定律R=,可得漆包线的长度l=.‎ ‎(2)螺旋测微器的示数为0.600 mm;‎ ‎(3)金属丝中的最大电流I==0.06 A,电流表A2的量程0.6 A太大,测量的误差较大,故应选电流表A1,因A1的量程小于0.06 A,故电路中应对电流表A1改装,使其量程变大,实验原理电路图如图所示;‎ ‎(4)若该同学在测量金属丝直径时没有去除漆包线表面的绝缘漆,则测量的直径偏大,由l=知,长度也偏大.‎ 变式1 (2018·泰州中学等综合评估)要测量某种合金的电阻率.‎ 图3‎ ‎(1)若合金丝长度为l,直径为D,阻值为R,则其电阻率ρ=________.‎ 用螺旋测微器测合金丝的直径如图3甲所示,读数为________ mm.‎ ‎(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图,S2是单刀双掷开关.根据原理图在图丙中将实物连线补充完整.‎ ‎(3)闭合S1,当S2处于位置a时,电压表和电流表的示数分别为U1=1.35 V,I1=0.30 A;当S2处于位置b时,电压表和电流表的示数分别为U2=0.92 V,I2=0.32 A.根据以上测量数据判断,当S2处于位置________(选填“a”或“b”)时,测量相对准确,测量值Rx=_______ Ω.‎ ‎(结果保留两位有效数字)‎ 答案 (1) 0.650 (2)见解析图 (3)b 2.9‎ 解析 (1)合金丝电阻:R=ρ=ρ,‎ 则电阻率:ρ=;‎ 图示螺旋测微器读数为:0.5 mm+15.0×0.01 mm=0.650 mm;‎ ‎(2)实物连线如图所示:‎ ‎(3)根据=≈0.32,‎ 而=≈0.07,‎ 可知,使用电流表外接法测量相对准确,即S2处于位置b,‎ 根据欧姆定律,则有:Rx= Ω≈2.9 Ω.‎ 命题点二 实验的拓展与创新 例2 (2018·南京市学情调研)图4甲是用来测量某电阻丝材料的电阻率的电路图.实验中把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上,移动滑片改变接触点P的位置,可改变接入电路中电阻丝的长度.实验可供选择的器材还有:‎ 器材编号 器材名称 规格与参数 A 电池E 电动势3.0 V,内阻未知 B 电流表A1‎ 量程0~100 mA,内阻约为5 Ω C 电流表A2‎ 量程0~0.6 A,内阻约为0.2 Ω D 电阻箱R ‎0~999.9 Ω E 开关、导线 若干 实验操作如下:‎ 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d;‎ b.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路;‎ c.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大;‎ d.接触点P在电阻丝上某位置时,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.改变接触点P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,进行实验数据分析.‎ 图4‎ ‎(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,d=________ mm;‎ ‎(2)实验中电流表应选择________(选填供选器材前的编号);‎ ‎(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,绘出了如图丙所示的R-l关系图线,图线在R轴的截距为R0,在l轴的截距为l0,那么电阻丝的电阻率表达式ρ=________(用R0、l0、d表示);‎ ‎(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果_________(选填“有”或“无)影响,这是因为________.‎ 答案 (1)0.730 (2)B (3) (4)无 根据欧姆定律解得R=-l+-(r+RA)(其中RA为电流表内阻,即电流表内阻可视为电源内阻),可见电流表内阻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 变式2 (2018·镇江市模拟)小华利用图5甲电路测量某种导电液体的电阻率,玻璃管的横截面积S=2×10-3 m2,通过K可以控制管内导电液体的长度,管两端接有导电活塞(电阻不计),右活塞固定,左活塞可在管内自由移动,两活塞均与玻璃管密封良好.实验器材如下:电源(电动势为12 V,内阻不计),两只相同的电压表V1、V2(量程为3 V,内阻足够大),电阻R1=400 Ω,电阻R2=1 500 Ω,电阻箱R(0~9 999.9 Ω),单刀双掷开关S,刻度尺.‎ 图5‎ ‎(1)小华的主要实验步骤如下:‎ ‎①向玻璃管内注入导电液体,用刻度尺测量液柱长度如图乙所示,其长度L=________ cm;‎ ‎②连接好电路,把S拨到位置“1”,电压表V1的示数如图丙所示,示数为U1=________ V;‎ ‎③将S拨到位置“2”,调节电阻箱使电压表V2的示数仍为U1,此时电阻箱的阻值R=300 Ω;‎ ‎④求得管内液柱的电阻Rx=_____ Ω,导电液体的电阻率ρ=______ Ω·m(保留两位有效数字).‎ ‎(2)请指出小华实验的不足之处_________________________________.‎ ‎(3)在实验步骤③中,若在小华调节电阻箱的过程中,无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体,则小华测得的电阻率ρ的值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).‎ ‎(4)小清同学仍利用该装置进行实验,他通过K调节管内液柱长度,记录多组数据如表所示,绘制出R-关系图象后也可求出液体的电阻率ρ.请你在图6中绘制出此图象.‎ 物理量 次数    ‎ R/(×102 Ω)‎ /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 图6‎ 答案 (1)①19.97(19.95~19.99之间均可) ②2.00 ④2 000 20 (2)未多次测量取平均值 (3)不变 ‎(4)如图所示 ‎1.(2018·苏州市期初调研)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中:‎ ‎(1)小组同学正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图7甲、乙、丙所示,则它们的读数值依次是________ mm、________ A、________ V.‎ 图7‎ ‎(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0~10 Ω,电流表内阻约几欧,电压表内阻约几十千欧,电源为干电池组(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E=4.5 V,内阻较小.则A、B两电路图中,________(选填字母代号)电路为本次实验应当采用的较好电路,但用此电路测量的金属丝电阻仍然会比真实值偏________(选填“大”或“小”).‎ ‎(3)若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA=2.0 Ω,那么能准确测量出金属丝电阻Rx的电路应是A、B两电路图中的________(选填字母代号)电路.使用该电路实验时,电流表示数为I,电压表示数为U,则金属丝电阻Rx=________( 用题中字母代号表示).‎ 答案 (1)0.997 0.44 2.27 (2)A 小 (3)B -RA 解析 (1)螺旋测微器固定部分读数为0.5 mm,可动部分可估读为49.7×0.01 mm=0.497 mm ‎,故读数为:0.5 mm+0.497 mm=0.997 mm;电流表量程为0.6 A,则最小分度为0.02 A,读数为0.44 A;电压表量程为3 V,最小分度为0.1 V,需估读一位,故读数为:2.27 V.‎ ‎(2)因电源不能在大功率下长时间使用,则本实验应采用限流接法;同时电压表内阻较大,由以上读数可知,金属丝电阻的内阻约为5 Ω,故采用电流表外接法误差较小,故选A电路;在实验中电压表示数准确,但电流表测量的是干路电流,故电流表示数偏大,则由欧姆定律得出的结果偏小,故用此电路测量的金属丝电阻会比真实值偏小.‎ ‎(3)因已知电流表内阻的准确值,则可以利用电流表内接法准确求出金属丝电阻,故应选B电路;金属丝电阻及电流表总电阻:R=,则金属丝电阻Rx=R-RA=-RA.‎ ‎2.(2019·小海中学月考)某同学为“探究决定电阻丝电阻的因素,设计了如图8所示电路,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.‎ 图8‎ ‎(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图9所示,其示数为d=________ mm.‎ 图9‎ ‎(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 (A-1)‎ ‎2.04‎ ‎2.33‎ ‎2.63‎ ‎3.03‎ ‎3.23‎ ‎3.57‎ ‎①将表中数据描在-x坐标纸中,如图10所示.请作出其关系图线,图线斜率的表达式k=______(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率ρ=_____ Ω·m(保留两位有效数字).‎ 图10‎ ‎②根据图中-x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为r=________ Ω(保留两位有效数字).‎ 答案 (1)0.400 (2)①见解析图  1.1×10-6 ②1.3‎ 解析 (1)由题图所示螺旋测微器可知,其示数为0 mm+40.0×0.01 mm=0.400 mm.‎ ‎(2)①-x图线如图所示,由闭合电路欧姆定律有,I=,那么=+,由电阻定律可知:R=ρ=ρ=ρ,则=+x,则-x图象的斜率:k=,由图示图象可知:k=≈3,电阻率ρ=,代入数据得:ρ≈1.1×10-6 Ω·m.‎ ‎②由-x关系图线知纵轴截距为1.77 A-1,则=1.77 A-1,解得:r≈1.3 Ω.‎ ‎3.(2018·南通市调研)在探究“决定电阻丝电阻的因素”实验中,实验小组根据下表中给出的电阻丝,分别探究电阻与长度、横截面积、材料的关系.‎ 编号 A B C D E F G 材料 镍铬合金 康铜丝 锰铜丝 长度/m ‎1.0‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎1.5‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ 横截面积/mm2‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎(1)为探究电阻丝电阻与长度的关系,应选择表中________(填写编号)进行实验.‎ ‎(2)实验小组设计了如图11甲、乙所示的电路,其中R1和R2为两段电阻丝,为能直观反映两电阻大小关系,应选择________(选填“甲”或“乙”)电路进行实验.‎ 图11‎ ‎(3)实验小组采用图12所示装置测量电阻丝的电阻率,通过改变鳄鱼嘴夹子在电阻丝上的位置,改变接入电路中的电阻丝长度,测出接入电路电阻丝的长度L和对应的电流表读数I.‎ 图12‎ ‎①请用笔画线代替导线在图中将实物电路连接完整.‎ ‎②实验中测出多组I和L的数据,作出-L图线,测得图线斜率为k,已知电源电动势为E,电阻丝横截面积为S,则电阻丝电阻率ρ=________.‎ ‎③关于实验操作过程和误差分析,下列说法中正确的有________.‎ A.开关闭合前,应将图中滑动变阻器滑动触头移到最左端 B.闭合开关,电流表指针不偏转,在不断开电路情况下,用多用电表电压挡检查电路 C.实验误差原因之一是测量电阻丝接入电路的长度有误差 D.实验误差的主要来源是电流表内阻和电源内阻 答案 (1)ABD (2)甲 (3)①如图所示 ②kES ③BC