高考總復習優化設計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實驗12測定金屬的電阻率第九章2022內容索引0102必備知識預案自診關鍵能力學案突破03對應演練遷移應用必備知識預案自診一、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知道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。4.把滑動變阻器的滑片調節到使接入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,測量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大。關鍵能力學案突破考點一教材原型實驗【典例1】

(2020四川成都高三月考)為測定金屬絲的電阻率ρ,某同學把一段粗細均勻的金屬絲拉直并固定在帶有毫米刻度尺的木板上。用多用電表粗測金屬絲的電阻Rx約為5Ω,實驗室有以下器材可選用:電流表A1(量程300mA,內阻r1=5Ω);電流表A2(量程600mA,內阻r2約為1Ω);電壓表V(量程20V,內阻r3約為3kΩ);滑動變阻器R1(0~10Ω,額定電流為1A);滑動變阻器R2(0~250Ω,額定電流為0.01A);電源E(電動勢3V,內阻較小);導線、開關若干。(1)如圖甲,用螺旋測微器測量金屬絲直徑d=

mm。

(2)為準確測出該金屬絲的電阻,要求多測幾組數據,請幫該同學在方框內(圖乙)畫出測量該電阻R的電路原理圖(標出所用儀器的代號),寫出對應的表達式Rx=

,表達式中各物理量的含義:

。

(3)如果用符號d表示測得金屬絲的直徑、L表示金屬絲的長度、Rx為金屬絲電阻值,則該金屬的電阻率ρ=

(用d,L,Rx表示結果)。

甲

乙解析(1)螺旋測微器的固定刻度為2

mm,可動刻度為15.0×0.01

mm=0.150

mm,故金屬絲直徑為2

mm+0.150

mm=2.150

mm。(2)實驗中只是要求多測幾組數據,故滑動變阻器可以分壓接法,也可以限流接法;題中所給電壓表量程太大,故不選用;要測量R的阻值,可以通過把電流表A1作為電壓表使用,故實驗電路圖如圖;考點二實驗的改進與創新實驗原理的拓展根據

,實驗不僅能測量電阻率,還可測量導線長度、橫截面積、直徑、厚度等,測電阻時除了伏安法還有其他多種方法實驗器材的替代被測量物多樣化,可以是金屬絲、圓柱體、圓桶、電解液等;電壓表可用電流計和定值電阻串聯代替;測量阻值很小的電阻時可以將該電阻與定值電阻串聯數據處理的創新測量電阻時除了用公式計算法還經常用圖像法【典例2】

某同學在閱讀科普資料時發現:輸液用的生理鹽水電導率為0.8S/m。他對“電導率”一詞產生濃厚的興趣,經查單位及符號表得知,“S”為電導的單位,它等于電阻單位的倒數,“m”為長度的單位。他又聯想到電阻率的單位為“Ω·m”,經單位對比后他作出一個假設:電導率是電阻率的倒數。為了驗證他的假設,他進行了如下嘗試:取體積為V的輸液用的生理鹽水,剛好灌滿伸縮性能良好的透明塑料管(兩端裝有電極),形成一段粗細均勻的封閉鹽水柱(長為10.00cm、橫截面積約為1.00cm2),進行如下實驗:(1)他將鹽水柱作為純電阻R,根據他的假設,此段鹽水柱的電阻約為

Ω。

(2)現用以下器材采用伏安法測鹽水柱的電阻:A.直流電源E:電動勢18V,內阻很小,額定電流1A;B.電流表A:量程12mA,內阻約10Ω;C.電壓表V:量程15V,內阻約15kΩ;D.滑動變阻器R0:最大阻值50Ω;E.開關、導線若干。根據所給的器材,在方框內畫出合理的實驗電路圖(圖中已給出鹽水柱R、電源E)。(3)為了較準確地測量電導率,他設計了以下方案:把這段封閉的鹽水柱均勻拉長(鹽水柱的兩端始終與電極充分接觸),測得鹽水柱長度L和對應的電阻R,利用實驗數據作出電阻R與長度L2的關系圖像如圖所示,則鹽水的電導率應為

(用該圖線的斜率k、體積V表示)。

(2)因

,所以電流表采用內接法測量誤差較小,由于滑動變阻器的最大阻值相對于鹽水柱的電阻較小,故滑動變阻器應采用分壓接法,實驗電路圖如圖所示。素養微點1.本實驗測定生理鹽水的電導率,和測定金屬電阻率實驗原理是相同的。2.根據假設法得出電導率和電阻率成反比

,再根據

,即可進行實驗測量。3.本實驗創新點有兩處,一是由測定金屬的電阻率創新為測定生理鹽水的電導率,對學生的推理論證能力有一定的要求;二是用R-L2圖像推導電導率的大小。對應演練遷移應用1.(1)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中,正確操作獲得金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數如圖所示,則金屬絲的直徑的讀數是

,電流表的讀數是

,電壓表的讀數是

。

(2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0~10Ω,電流表內阻約幾歐,電壓表內阻約20kΩ。電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用),電動勢E=4.5V,內阻很小。則下面電路圖中

(填電路圖下方的字母代號)電路為本次實驗應當采用的最佳電路。但用此最佳電路測量的結果仍然會比真實值偏

(選填“大”或“小”)。

(3)若已知實驗所用的電流表內阻的準確值RA是已知的,那么準確測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應是圖中的

電路(填電路圖下方的字母代號)。此時測得電流為I、電壓為U,則金屬絲電阻Rx=

(用題中字母代號表示)。

答案(1)0.880mm

0.42A

2.25V(2)A

小

(3)B

-RA解析(1)螺旋測微器先讀固定部分為0.5

mm,可動部分可估讀為38.0×0.01

mm=0.380

mm,故總示數為:(0.5+0.380)mm=0.880

mm;電流表量程為0.6

A,則最小刻度為0.02

A,讀數為0.42

A;電壓表量程為3

V,最小刻度為0.1

V,則讀數為2.25

V。(2)因電源不能在大功率下長時間運行,故本實驗應采用限流接法;同時電壓表內電阻較大,由以上讀數可知,待測金屬絲的電阻約為5

Ω,故采用電流表外接法誤差較小,故選A;在實驗中電壓表示數準確,但電流表測量的是干路電流,故電流表示數偏大,則由歐姆定律得出的結果偏小。(3)若已知電流表內阻的準確值,則可以利用電流表內接法準確求出待測電阻,故應選B電路;待測金屬絲及電流表總電阻

,則待測金屬絲電阻Rx=R-RA=-RA。2.(2019江蘇卷)某同學測量一段長度已知的電阻絲的電阻率。實驗操作如下:(1)螺旋測微器如圖所示。在測量電阻絲直徑時,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。

(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)圖甲中Rx為待測電阻絲。請用筆畫線代替導線,將滑動變阻器接入圖乙實物電路中的正確位置。甲

乙(4)為測量Rx,利用圖甲所示的電路,調節滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值,作出的U1-I1關系圖像如圖丙所示。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,數據見下表:U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0請根據表中的數據,在方格紙上作出U2-I2圖像。

丙

(5)由此,可求得電阻絲的Rx=

Ω。根據電阻定律可得到電阻絲的電阻率。

答案(1)C

(2)不同

(3)見解析

(4)見解析

(5)23.5(23.0~24.0都算對)解析(1)使用螺旋測微器時應先調粗調旋鈕B,當測砧與測微螺桿幾乎接觸被測物體時再調微調旋鈕C,既要使測砧與測微螺桿接觸被測物體,又不產生太大的壓力損壞螺旋測微器。(2)