2021高考物理一轮复习实验十一测定金属丝的电阻率题型突破练含解析鲁科版

-1-实验十一测定金属丝的电阻率热点一教材原型实验【典例1】在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中:(1)某实验小组用如图所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究,a、b、c、d是四种金属丝。①实验小组讨论时,某同学对此电路提出异议,他认为,电路中应该串联一个电流表,只有测出各段金属丝的电阻,才能分析电阻与其影响因素的定量关系,你认为要不要串联电流表?并简单说明理由。______________________________________。②几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示:电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝,则金属丝d应为下表中的__________(用表中编号D、E、F表示)。编号材料长度L/m横截面积S/mm2A镍铬合金0.300.50B镍铬合金0.500.50C镍铬合金0.301.00D镍铬合金0.501.00E康铜丝0.300.50F康铜丝0.501.00(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后,想测定某金属丝的电阻率。①用毫米刻度尺测量金属丝长度为L=80.00cm,用螺旋测微器测金属丝的直径如图甲所示,则金属丝的直径d为________。-2-②按如图乙所示连接好电路,测量金属丝的电阻R。改变滑动变阻器的阻值,获得六组I-U数据描在如图所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R=______Ω,该金属丝的电阻率ρ=________Ω·m(保留两位有效数字)。【解析】(1)①串联电路的电流处处相等,串联电阻两端电压与电阻成正比,不需要测出电流,根据电阻两端电压大小即可比较电阻大小;②探究影响电阻的因素,应用控制变量法,实验已选A、B、C的金属丝,根据控制变量法的要求,应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同,因此d应选表中的E。(2)①由图示螺旋测微器可知,其示数为1.5mm+10.0×0.01mm=1.600mm;②根据坐标系内的点作出图象如图所示,由图象可知,电阻值为R==Ω≈0.52Ω,由R=ρ=ρ可得电阻率ρ=≈1.3×10-6Ω·m。答案:(1)①不需要,串联电路的电流处处相等,电压与电阻成正比②E(2)①1.600mm②0.521.3×10-6【解题通法】测金属电阻率实验的四点提醒(1)根据电阻定律得ρ=。(2)通过有关图象来求电阻率。图象法处理实验数据是最常用的方法之一,要从物理规律出发,写出图象的函数关系式,弄清斜率、截距等的物理意义,从而求出相关物理量。(3)测定金属电阻率实验,由于被测金属丝的阻值较小,一般采用电流表外接法。-3-(4)实验时特别注意:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。热点二创新型实验双电流表法【典例2】(2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是________mm。(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。电源E(电动势10V,内阻约为10Ω)电流表A1(量程0～250mA,内阻R1=5Ω)电流表A2(量程0～300mA,内阻约为5Ω)滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=________。从设计原理看,其测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。【创新点分析】(1)本实验是实验器材的创新,没有电压表可以用已知内阻的电流表测电压,如果有定值电阻也可用电流表和定值电阻串联改装代替。(2)待测电阻阻值远大于滑动变阻器阻值,为测多组实验数据,滑动变阻器应采用分压接法。【解析】(1)根据螺旋测微器的读数法则可知读数为0+20.0×0.01mm=0.200mm。(2)因该实验没有电压表,电流表A1的内阻已知,故用A1表当电压表使用;由于滑动变阻器的总阻值较小,为了使电路中的电流或电压调节范围大些,应采用滑动变阻器的分压式接法,如图所示:-4-(3)由电路图可知流过Rx的电流为I2-I1,A1及Rx两端的电压为I1R1,因此Rx=。该实验的电流I2-I1为流过Rx的实际电流,电压I1R1也为Rx的实际电压,因此测量值和真实值相等。答案:(1)0.200(0.196～0.204均可)(2)如解析图所示(3)相等半偏法测量电表内阻【典例3】(2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0Ω);可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:(1)按照实验原理线路图甲,将图乙中实物连线。(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1。(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2。(4)待测电阻阻值的表达式Rx=________(用R0、U1、U2表示)。(5)重复步骤(3),得到如下数据:12345U1/V0.250.300.360.400.44-5-U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=________Ω。(保留1位小数)【创新点分析】(1)采用单刀双掷开关设计实验更加便捷。(2)由常规的伏安法转变为半偏法测量灵活应用。【解析】(1)依电路图连接实物图如图(4)由于电压表可视为理想电压表且滑动变阻器滑动端的位置不变时,通过R0和Rx电流不变,因此有=,待测电阻阻值的表达式Rx=R0(6)将数据代入Rx=R0,求平均值得Rx=48.2Ω答案:(1)见解析图(4)R0(6)48.2等效法测电阻【典例4】(2019·淮南模拟)国标(GB/T)规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m。某同学利用图甲电路测量15℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右侧活塞固定,左侧活塞可自由移动,实验器材还有:-6-电源(电动势约为3V,内阻可忽略)电压表V1(量程为3V,内阻很大)电压表V2(量程为3V,内阻很大)定值电阻R1(阻值4kΩ)定值电阻R2(阻值2kΩ)电阻箱R(最大阻值9999.9Ω)单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺。实验步骤如下:A.用游标卡尺测量并记录玻璃管的内径d;B.向玻璃管内注满自来水,确保无气泡;用刻度尺测量并记录水柱长度L;C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R;E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D;记录每一次水柱的长度L和电阻箱的阻值R;F.断开S,整理好器材。(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙,则d=________mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx=________(用R1、R2、R表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图丙所示的R-图象。可求出自来水的电阻率为________Ω·m(保留三位有效数字)。(4)本实验若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。-7-【创新点分析】(1)本题考查利用等效替代法测电阻,分别求出S接1和接2时电路的总电压,由并联电压相等列式,求出Rx。(2)所有的步骤都为了测电阻率,所以要测量电阻、水柱横截面积、水柱的长度。【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为:2.0cm=20mm,游标尺上第0个刻度和主尺上刻度对齐,所以最终读数为:20.0mm;(2)设把S拨到1位置时,电压表V1示数为U,则电路电流为,总电压U总=+U,当把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同也为U,则此时电路中的电流为,总电压U总′=·R2+U,由于两次总电压相等,都等于电源电压E,可得=,解得:Rx=;(3)从图丙中可知,R=1×103Ω时,=5.0m-1,此时玻璃管内水柱的电阻Rx==8000Ω,水柱横截面积S=π()2=3.14×10-4m2,由电阻定律Rx=ρ得,ρ==8000×3.14×10-4×5Ω·m≈12.6Ω·m;(4)若电压表V1内阻不是很大,则把S拨到1位置时,设通过电压表V1的电流均为IV,由(2)中分析可知U总=+U=(+IV)Rx真+U,得Rx测=Rx真Rx真。因此,自来水电阻率的测量值偏大。答案:(1)20.0(2)(3)12.6(4)偏大【创新角度】-8-