2019-2020学年高中物理第二章恒定电流6实验测定金属的电阻率课后检测含解析新人教版选修3-1 13页

实验　测定金属的电阻率 实验原理及操作 实验原理及操作 ‎[数据处理]‎ ‎1．求Rx的平均值的两种方法 ‎(1)第一种是用Rx＝算出各次的数值，再取平均值．‎ ‎(2)第二种是用U－I图线的斜率求出．‎ ‎2．计算电阻率 将记录的数据U、I、d的值代入电阻率计算公式ρ＝Rx＝.‎ ‎[误差分析]‎ 产生原因 减小方法 偶然 误差 测量金属丝的直径和长度出现误差 改换位置或多次测量取平均值 电表读数出现误差 眼睛正视指针 通过电流过大或时间过长、致使金属丝发热，造成所测电阻较大 实验中应使电流不要过大闭合开关后待稳定时尽快读数，然后断开开关 系统 误差 电流表的外接使电压表分流造成误差 采用内阻很大的电压表 - 13 -‎ 要点一 仪器读数和实验原理 ‎1.现有一合金制成的圆柱体．为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度．螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示．‎ ‎(1)由图读得圆柱体的直径为________mm，长度为________cm.‎ ‎(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝________.‎ 解析：(1)根据螺旋测微器的读数方法得圆柱体的直径为：1.5＋0.01×34.2＝1.842(mm)．根据游标卡尺的读数方法得圆柱体的长度为：42＋0.05×8＝42.40(mm)＝4.240(cm)．‎ ‎(2)由R＝＝ρ＝得：ρ＝.‎ 答案：(1)1.842　4.240　(2) ‎2．[2019·日照高一检测]在测定金属丝电阻率的实验中，需要测量金属丝的电阻，可供选用的器材如下：‎ 待测金属丝：Rx(阻值约5 Ω)；‎ 电流表A1：量程‎0.6 A，内阻r1约为0.2 Ω；‎ 电流表A2：量程10 mA，内阻r2＝50 Ω；‎ 定值电阻R1：阻值20 Ω；‎ 定值电阻R2：阻值200 Ω；‎ 滑动变阻器R：阻值范围0～5 Ω；‎ 电源E：干电池2节；‎ 开关S，导线若干．‎ ‎(1)要想较准确测量待测金属丝的阻值，应选用定值电阻________．(选填“R‎1”‎或“R‎2”‎)‎ ‎(2)实验中要求金属丝中的电流能从0开始变化，请在虚线框中画出该实验的电路图(图中务必标出选用的电流表和定值电阻的符号)．‎ ‎(3)若实验中A1表的示数为‎0.36 A，A2表的示数为5.4‎ - 13 -‎ ‎ mA，待测金属丝的阻值为________Ω(结果保留两位有效数字)．‎ 解析：(1)由于没有电压表，可考虑将内阻为定值的电流表A2与定值电阻串联而改装为电压表，改装电压表时要串联大电阻分压，故选R2.‎ ‎(2)实验要求电流表读数从零开始变化，并能多测几组电流、电压值，知滑动变阻器采用分压式接法．电路图如图所示：‎ ‎(3)由题意，I2＝5.4 mA＝0.005 ‎4 A，I1＝‎‎0.36 A Ux＝(200＋50)×0.005 4 V＝1.35 V Ix＝I1－I2＝0.354 ‎‎6 A Rx＝＝ Ω≈3.8 Ω 答案：(1)R2　(2)见解析图　(3)3.8‎ 要点二 数据处理及分析 ‎3.在“测定金属丝的电阻率”实验中，某同学进行了如下测量：‎ ‎(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度．测量3次，求出其平均值l.其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻度线对齐，图中读数为________cm.用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值d.其中一次测量结果如图乙所示，图中读数为________mm.‎ ‎(2)采用如图所示的电路测量金属丝的电阻，电阻的测量值比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)．最后由公式ρ＝________计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)．‎ 解析：(1)根据刻度尺读数规则，可知图甲中读数为‎24.10 cm；根据螺旋测微嚣读数规则，可知图乙中读数为‎0.520 mm.‎ ‎(2)采用电流袁外接法测量金属丝的电阻．金属丝中电流小于电流表读数，所以电阻的测量值比真实值偏小．由欧姆定律R＝，电阻定律R＝，S＝，可得电阻率ρ＝.‎ 答案：(1)24.10　0.520　(2)偏小　 ‎4．[2019·东城高一检测]在“测定金属丝的电阻率”的实验中，若用欧姆表粗测得知电阻丝Rx的阻值约为4 Ω，为较精确地测量金属丝的电阻，并要求金属丝发热功率P<1.25 W，需要另行设计电路进行测量，实验室备有部分仪器：‎ A．电动势为6 V的电池组E；‎ B．两挡电流表A(量程0～‎0.6 A，内阻0.13 Ω；量程0～‎3.0 A，内阻0.025 Ω)；‎ - 13 -‎ C．两挡电压表V(量程0～3.0 V，内阻3 kΩ；量程0～15 V，内阻15 kΩ)；‎ D．滑动变阻器R1(0～100 Ω，最大允许电流‎1 A)；‎ E．滑动变阻器R2(0～20 Ω，最大允许电流‎1 A)．‎ ‎(1)上述器材中，滑动变阻器应选用________．‎ ‎(2)在虚线框内画出实验电路图．‎ ‎ ‎ ‎(3)实验时，电流表、电压表指针位置如图甲所示；螺旋测微器测金属丝的直径，米尺测金属丝的长度，如图乙所示，由图可知各物理量的测量值：金属丝直径的测量值d＝________mm；金属丝长度的测量值L＝________cm.根据上述数据，可以计算出所测金属丝的电阻率ρ＝________Ω·m(计算结果保留两位有效数字)．‎ 解析：(1)金属丝电阻约为4 Ω，金属丝允许的最大电流约为I＝＝ A≈‎0.6 A，电源电动势为6 V，为减小测量误差，电压表应选0～3 V量程，则电路最小电阻约为R＝＝＝5 Ω，则两滑动变阻器都能保证安全，为方便实验操作，滑动变阻器应选R2.‎ ‎(2)由(1)可知，滑动变阻器阻值约为待测金属丝电阻的2.5倍，滑动变阻器采用限流接法可以测出多组实验数据，因此滑动变阻器可以采用限流接法，>，则电流表应采用外接法，电路图如图所示．‎ ‎(3)由于电压表选0～3 V量程，由图示电压表可知，其分度值为0.1 V，示数为2.5 V；电流表选0～‎0.6 A，分度值为‎0.02 A，示数为‎0.5 A，电阻丝阻值Rx＝＝＝5 Ω；‎ 由图示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0，可动刻度示数为38.0×‎0.01 mm＝‎0.380 mm；由图示刻度尺可知，其分度值为‎1 mm，金属丝长度 L＝‎41.00 cm－‎10.00 cm＝‎31.00 cm；‎ - 13 -‎ 由Rx＝ρ＝ρ，‎ 得金属丝电阻率 ρ＝＝ Ω·m ‎≈1.8×10－6 Ω·m.‎ 答案：(1)R2　(2)电路图见解析 ‎(3)0.380　31.00　1.8×10－6‎ 基础达标 ‎1.在“测定金属丝电阻率”的实验中，由ρ＝可知，对实验结果的准确性影响最大的是(　　)‎ A．金属丝直径d的测量　　　B．电压U的测量 C．电流I的测量 D．金属丝长度l的测量 解析：四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方．‎ 答案：A ‎2．[2019·滨州高一检测]某实验小组在做“测定金属电阻率”的实验过程中，测量某金属丝的电阻(阻值5～10 Ω)，实验室提供了下列器材．‎ A．电压表(0～3 V，内阻RV约1 Ω)；‎ B．电压表(0～15 V，内阻RV约5 kΩ)；‎ C．电流表(0～‎0.6 A，内阻RA＝2 Ω)；‎ D．电流表(0～‎3 A，内阻RA＝0.5 Ω)；‎ E．滑动变阻器(5 Ω，‎1.2 A)；‎ F．直流电源(6 V，内阻不计)；‎ 另有开关一个、导线若干．‎ 实验中有两种电路可供选择，如图甲和乙所示．‎ ‎(1)为了较准确地计算金属丝的电阻，本次实验中电路应选________(选填“甲”或“乙”)，电压表应选________，电流表应选________．(只填器材前的字母代号即可)‎ ‎(2)若用米尺测得金属丝的长度为L，用螺旋测微器测得金属丝直径为d，此时测得电流为I、电压为U，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用兀、d、L、U、I、RA表示)．‎ 解析：(1)为了使测量结果尽量精确，根据滑动变阻器阻值范围可知，选择滑动变阻器分压式接法，故选择电路图甲．‎ 测量金属丝的电阻(阻值在5～10 Ω间)，电源的电动势为6 V，所以应选择电压表A，虽然已超过量程，但比电压表B精确，当然电压值可由滑动变阻器来控制．根据电压表量程与待测电阻阻值可得，最大电流为‎0.6 A，若使用电流表D则达不到精确度，因此选择电流表C，通过滑动变阻器来控制电流．‎ ‎(2)根据电阻定律R＝ρ，S＝π()2，根据欧姆定律，R＝－RA，联立得：ρ＝(－RA)．‎ - 13 -‎ 答案：(1)甲　A　C　(2)ρ＝(－RA)‎ ‎3．(多选)在“测定金属丝的电阻率”实验中，下列关于误差的说法中正确的是(　　)‎ A．电流表采用外接法，将会使ρ测<ρ真 B．电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起偶然误差 C．由ρ＝可知，I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起ρ的偶然误差 D．由ρ＝可知，对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量 解析：由于采用电流表外接法，将导致R测