第4講實驗測量金屬絲的電阻率高考總復習2025強基礎固本增分研考點精準突破目錄索引強基礎固本增分一、實驗目的1.掌握刻度尺、螺旋測微器及游標卡尺的原理及讀數方法。2.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數方法。3.會用伏安法測電阻,進一步測定金屬絲的電阻率。二、實驗思路根據電阻定律公式可知,只要測出金屬絲的長度和它的直徑d,計算出橫截面積S,并用伏安法測出電阻Rx,即可計算出金屬絲的電阻率。三、實驗器材被測金屬絲,直流電源,電流表,電壓表,滑動變阻器,開關,導線若干,螺旋測微器,毫米刻度尺。四、進行實驗1.用螺旋測微器在被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被測金屬絲的有效長度,反復測量三次,求出其平均值l。

接入后測長度4.把滑動變阻器的滑片調節到電路中的電阻值最大的位置。5.閉合開關,改變滑動變阻器滑片的位置,讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值,填入記錄表格內。五、數據處理1.在求Rx的平均值時可用兩種方法(1)用

分別算出各次的數值,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據Rx、l、d的值代入電阻率計算式

注意單位

六、誤差分析1.若為內接法,電流表分壓。2.若為外接法,電壓表分流。3.長度和直徑的測量。七、注意事項1.先測直徑,再連電路:為了方便,直徑應在金屬絲連入電路之前測量。2.電流表外接法:本實驗中被測金屬絲的阻值較小,故采用電流表外接法。3.電流控制:電流不宜過大,通電時間不宜過長,以免金屬絲溫度過高,導致電阻率在實驗過程中變化。√√×研考點精準突破考點一教材原型實驗考向一

實驗原理和實驗操作典題1(2023北京卷)采用圖甲所示的電路圖來測量金屬絲Rx的電阻率。甲(1)實驗時,閉合開關S前,滑動變阻器的滑片P應處在

(選填“M”或“N”)端。

M(2)按照圖甲連接實物圖,如圖乙所示。閉合開關前檢查電路時,發現有一根導線接錯,該導線為

(選填“a”“b”或“c”)。若閉合開關,該錯誤連接會帶來的問題有

。

乙b移動滑片時,電壓表和電流表的示數不變

解析

(1)滑動變阻器為分壓式接法,實驗時,閉合開關S前,為保護電路,滑動變阻器的滑片P應處在M端。(2)滑動變阻器采用分壓式接法,滑動變阻器下端兩接線柱與電源相連,故b導線接錯;該錯誤帶來的問題是移動滑片的過程中電壓表和電流表的示數不變。考向二

數據處理和誤差分析典題2(2024廣西河池一模)現有一根由某種材料制成的粗細均勻的金屬絲,為測量其電阻率,實驗小組設計了如下實驗:甲(1)用螺旋測微器測出其直徑,用游標卡尺測出其長度,如圖甲所示,則金屬絲的直徑d=

mm,金屬絲的長度l=

cm。

1.7506.150(2)用圖乙所示的電路圖測量電阻絲的電阻Rx,其中R0為定值電阻。請用筆畫線代替導線,把圖丙中的實物電路補充完整。乙丙見解析圖

(3)第一次按圖乙所示的電路測量,調節滑動變阻器的滑片,測得多組電壓U及電流I的值;第二次將電壓表改接在a、b兩點測量,測得多組電壓U及電流I的值,并根據兩次測量結果分別作出U-I圖像,如圖丁所示。則第一次測量得到的圖線是_______

(選填“M”或“N”)。

丁(4)電壓表可看作理想電表,由U-I圖像可得電阻絲的電阻Rx=

Ω,根據電阻定律可求得電阻絲的電阻率ρ=

Ω·m。(π取3.14,計算結果均保留2位有效數字)

N401.6×10-3解析

(1)根據螺旋測微器的讀數規律可得d=1.5

mm+25.0×0.01

mm=1.750

mm根據游標卡尺的讀數規律可得l=61

mm+10×0.05

mm=61.50

mm=6.150

cm。(2)實物圖如圖所示考點二實驗的改進與創新考向一

實驗器材的創新典題3

某同學想利用電路精確測量一根粗細均勻合金絲的電阻率。實驗器材如下:穩壓電源(電壓未知,內阻不計)、電壓表(量程0~15V,內阻約15kΩ;量程0~3V,內阻約3kΩ)、電流表(量程0~3A,內阻約0.2Ω;量程0~0.6A,內阻約1Ω)、保護電阻R0(阻值未知)、開關S、刻度尺、游標卡尺、導線若干、待測合金絲等。請完成相關實驗內容:甲乙(1)測量合金絲直徑時,游標卡尺示數如圖甲所示,讀數為

mm。

(2)該同學用多用表的歐姆擋測量整根合金絲的電阻,把選擇開關置于“×1”擋時,發現指針偏轉如圖乙所示,則金屬絲的電阻為

Ω。

1.113(3)將合金絲固定在絕緣的刻度尺上,在合金絲上夾上一個可移動的小金屬夾。根據現有器材,部分電路連線如圖丙所示,請用筆畫線代替導線將實物電路連接完整。丙見解析圖

(4)完成電路連接后,操作如下:a.開啟電源,將小金屬夾移到合金絲上適當的位置,閉合開關S;b.記錄電壓表和電流表的讀數U、I,記錄合金絲接入長度L,斷開開關S;c.改變小金屬夾的位置,閉合開關S,重復步驟b的操作;d.利用記錄的數據分別描繪U-I關系圖像(如圖丁所示)和

關系圖像(如圖戊所示);e.利用圖像信息求解合金絲的電阻率。①由U-I關系圖像可知,穩壓電源電壓U0=

V;

②算得合金絲的橫截面積S=1×10-6m2,由

關系圖像可知,電阻率ρ=

Ω·m。

丁戊2.00

1.0×10-6解析

(1)游標卡尺讀數為1

mm+1×0.1

mm=1.1

mm。(2)由圖乙可知金屬絲的電阻為13×1

Ω=13

Ω(3)由圖丁可知電源電壓為2

V,最大電流為0.5

A,所以電壓表量程選擇0~3

V,電流表量程選擇0~0.6

A,計算可得

,電流表采用外接法,如圖所示。(4)①根據閉合電路歐姆定律E=U+IR0,整理得U=E-R0I,根據電源的U-I圖像可知,穩壓電源電壓U0=2.00

V,圖像斜率的絕對值為保護電阻R0的阻值,思維點撥

丙丁考向二

實驗方法的改進典題4(2023全國乙卷)一學生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率。現有實驗器材:螺旋測微器、刻度尺、電源E、電壓表(內阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關K、開關S、導線若干。圖甲是學生設計的實驗電路原理圖。完成下列填空:甲(1)實驗時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調至最大,閉合S。(2)將K與1端相連,適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻,此時電壓表讀數記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數記為U2。由此得到流過待測金屬絲的電流I=

,金屬絲的電阻r=

。(結果均用R0、U1、U2表示)

(3)繼續微調R,重復(2)的測量過程,得到多組測量數據,如下表所示:U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.43(4)利用上述數據,得到金屬絲的電阻r=14.2Ω。(5)用刻度尺測得金屬絲長度l=50.00cm。用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑,某次測量的示數如圖乙所示,該讀數為d=

mm。多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等。

(6)由以上數據可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=

×10-7Ω·m。(保留2位有效數字)

乙0.1505.0解析

(2)K與1端相連,此時電壓表測量的是金屬絲兩端的電壓U1,K與2端相連,電壓表測量的是金屬絲和定值電阻二者的電壓之和U2;因為電壓表內阻非常大,可視為理想電壓表,所以K與1端相連和K與2端相連不改變電路中的電流,因此(5)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d,該讀數為d=15.0×0.01

mm=0.150

mm。典題5(2024福建福州模擬)學習小組要測量一個電阻的電阻率,已知其長度為L,額定電壓為1V。(1)用螺旋測微器測量該電阻的直徑,示數如圖甲所示,其直徑d=

mm;

甲1.990(2)粗測該電阻的阻值為250Ω,為精確測量其阻值,該同學設計的測量電路圖如圖乙所示,其中蓄電池電動勢E約為6.5V(內阻不計)、滑動變阻器R最大阻值為200Ω、定值電阻R1=792Ω、保護電阻R2=250Ω。要求滑動變阻器在接近全電阻范圍內可調,且測量時電表的讀數不小于其最大測量值的,則圖乙中①位置應接入

,②位置應接入

;(均選填器材前的字母序號)

A.電流表A1(量程為0~100mA,內阻RA1=3Ω)B.電流表A2(量程為0~5mA,內阻RA2=8Ω)C.電壓表V(量程為0~3V,內阻RV=750Ω)乙CB(3)實驗中根據兩電表讀數作出如圖丙所示的圖線(坐標均為國際單位),已知圖線的斜率為k,則所測該電阻的阻值Rx=

(用題中已給物理量符號表示),研究實驗誤差時發現實驗所用定值電阻R1的阻值比標稱值小,則電阻的電阻率的測量值將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

丙偏大

解析

(1)該電阻的直徑d=1