2018版浙江省高考物理教师文档讲义：第七章实验十-探究导体电阻与其影响因素的定量关系(学考)（9页）

2018版浙江省高考物理教师文档讲义：第七章实验十-探究导体电阻与其影响因素的定量关系(学考)（9页）

实验十　探究导体电阻与其影响因素的定量关系(学考)‎ ‎[考纲解读]　(1)探究导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料之间的定量关系。(2)掌握控制变量法在物理实验中的应用。(3)掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。(4)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。(5)会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率。‎ 一、螺旋测微器 ‎1.构造：如图所示是常用的螺旋测微器。它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上。‎ ‎2.原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm。即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。‎ ‎3.读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。‎ 测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。‎ 温馨提示 螺旋测微器需要估读 最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位。‎ 例如　如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。‎ 二、探究导体电阻与其影响因素的定量关系 ‎1.实验器材 电源，开关，滑动变阻器，电压表，刻度尺，四段不同的金属导体a、b、c、d(a、b、c为镍铬合金丝，d为康铜丝；a、b长度不同，横截面积相同；c横截面积与a不同，长度相同；d的横截面积与长度都与a相同)。‎ ‎2.实验步骤 ‎(1)测量各段金属丝的横截面积。‎ ‎(2)请按照如图所示的电路图连接好电路，并将滑动变阻器调到阻值最大处。‎ ‎(3)测量金属丝接入电路的有效长度。‎ ‎(4)闭合开关，用电压表分别测量a、b、c、d四段金属丝两端的电压，从而知道它们的电阻比。‎ ‎(5)比较a、b的电阻之比与它们的长度之比；比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比；比较a、d的电阻是否相等。‎ ‎(6)改变滑动变阻器滑片的位置，获得多组实验数据。‎ ‎(7)总结得出导体的电阻与它的长度、横截面积、材料这三个因素的关系。‎ 注意事项 ‎(1)通电时间不宜太长，电流要小。‎ ‎(2)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要取最大值。‎ ‎(3)注意电表的正、负接线柱接线是否正确，量程要适当。‎ ‎(4)通过滑动变阻器调节，得到多组U、I值，分别计算R，再取平均值，或依据这些数据做出U－I图象，由图象的斜率求得R的值。‎ ‎(5)导线长度测量要注意测导线接入电路的有效长度。‎ 三、探究导体电阻与材料的关系 注意事项 ‎1.先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。‎ ‎2.电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。‎ ‎3.电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。‎ 误差分析 考点一　螺旋测微器、游标卡尺的读数 ‎1.完成下列读数 a.　　　　mm　b.　　　　mm　c.　　　　mm　d.　　　　mm。‎ 答案　a.0.482(0.481～0.483)　b.0.532(0.531～0.533)　c.4.078(4.076～4.078)　d.5.666(5.665～5.667)‎ ‎2.使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图所示，则甲、乙金属丝的直径分别为　　　mm，　　　mm。‎ 解析　对图甲：甲固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。对图乙：乙金属丝的直径为4.8×0.01 mm＝0.048 mm。‎ 答案　2.150　0.046(0.045～0.047)‎ 考点二　探究导体电阻与其影响因素的定量关系 ‎1.(多选)如图所示为“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的电路。a、b、c、d是不同的金属导体，b、c、d与a相比，分别只有一个因素不同：b与a长度不同，c与a横截面积不同，d与a材料不同，各导体两端的理想电压表的示数分别用Ua、Ub、Uc、Ud表示。下列说法正确的是(　　)‎ A.开关闭合前，需移动滑片使滑动变阻器的阻值最大 B.研究电阻与长度的关系时，需分别测量a、b两条导体两端的电压值 C.如果Ua＜Uc，说明导体c的横截面积大于导体a的横截面积 D.如果Ua＜Ud，说明导体d材料的电阻率大于导体a材料的电阻率 答案　ABD ‎2.“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝。现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝，其规格如下表所示。‎ 编号 材料 长度/m 横截面/mm2‎ A 镍铬合金 ‎0.8‎ ‎0.8‎ B 镍铬合金 ‎0.5‎ ‎0.5‎ C 镍铬合金 ‎0.3‎ ‎0.5‎ D 镍铬合金 ‎0.3‎ ‎1.0‎ E 康铜合金 ‎0.3‎ ‎0.5‎ F 康铜合金 ‎0.8‎ ‎0.8‎ ‎(1)电路中四种金属丝应分别选用上表中的　　　　(用编号表示)。‎ ‎(2)某学生对实验数据分析归纳出：电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R∝来表示。你认为是否正确，为什么？‎ ‎_____________________________________________________________‎ ‎(3)在交流合作时，有位同学提出用如下图所示的电路，只要将图中P端分别和1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，请你对其作出评价。‎ 解析　‎ ‎(1)本实验采用的是控制变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，B、C符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，C、D符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，C、E符合要求。故选B、C、D、E。‎ ‎(2)不正确，因为它们的材料不完全相同　(3)不能探究出。实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等 答案　(1)BCDE　(2)见解析　(3)见解析 考点三　伏安法测电阻(或电阻率)‎ 仪器选择的基本思路 ‎(1)优先考虑安全因素：‎ 各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)‎ ‎(2)考虑读数误差因素：‎ 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的，以减小读数误差。‎ ‎(3)仪器选择的一般步骤：‎ ‎①首先选择唯一性的器材；‎ ‎②粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；‎ ‎③估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材。‎ ‎1.某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l＝0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 Ω)，然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：‎ A.直流电源(输出电压为3 V)‎ B.电流表 A(量程0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)‎ C.电压表 V(量程0～3 V，内阻3 kΩ)‎ D.滑动变阻器(最大阻值20 Ω)‎ E.开关、导线等 ‎(1)从图中读出金属丝的直径为　　　　mm。‎ ‎(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。‎ ‎(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx＝4.0 Ω，则这种金属材料的电阻率为 ‎　　　　Ω·m(保留两位有效数字)。‎ 解析　(3)由Rx＝ρ得ρ＝＝，将Rx＝4.0 Ω、l＝0.720 m、d＝0.600 mm＝0.600×10－3 m代入得ρ＝1.6×10－6 Ω·m。‎ 答案　(1)0.600　(2)如图所示 ‎(3)1.6×10－6‎ ‎2.在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 Ω，实验室备有下列实验器材：‎ A.电压表(量程0～3 V，内阻约为15 kΩ)‎ B.电压表(量程0～15 V，内阻约为75 kΩ)‎ C.电流表 (量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω)‎ D.电流表 (量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)‎ E.变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)‎ F.变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)‎ G.电池组E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω)‎ H.开关S，导线若干 ‎(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有　　　　(填代号)。‎ ‎(2)为减小实验误差，应选用图中　　　　(选填“甲”或“乙”‎ ‎)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图中的实物图用线连接起来。‎ ‎(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图所示，则金属丝的直径为　　　　mm，电阻值为　　　　Ω。‎ 解析　(1)由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 Ω，电路中的最大电流约为I＝＝ A＝0.6 A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池和开关，导线若干。故应选用的实验器材有ADEGH。‎ ‎(2)由于＞应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示。‎ ‎(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635(0.635～0.637) mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50‎ ‎ A，被测电阻的阻值为Rx＝＝ Ω＝2.4 Ω。‎ 答案　(1)ADEGH　(2)乙　实物图见解析　(3)0.635　2.4‎