高考物理一轮复习第9章恒定电流微专题47实验：测定金属的电阻率

高考物理一轮复习第9章恒定电流微专题47实验：测定金属的电阻率

实验：测定金属的电阻率 [方法点拨] 伏安法测金属丝电阻时，电压不要求从 0 开始，仪器合适时滑动变阻器一般用 限流式接法．金属丝电阻一般较小，电流表选用外接法． 1．用一段长 80 cm 的金属丝做“测定金属的电阻率”的实验． (1)用多用表粗测电阻丝的电阻，结果如图 1 甲所示，由此可见电阻丝电阻的测量值约为 ________Ω. (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，结果如图乙所示，由此可知金属丝直径的测量结果为 ________mm. (3)在用电压表和电流表测金属丝的电阻时，提供下列供选择的器材： A．直流电源(电动势约为 4.5 V，内阻很小) B．电压表(量程 0～3 V，内阻约 3 kΩ) C．电压表(量程 0～15 V，内阻约 15 kΩ) D．电流表(量程 0～0.6 A，内阻约 0.125 Ω) E．电流表(量程 0～3 A，内阻约 0.025 Ω) F．滑动变阻器(阻值范围 0～15 Ω，最大允许电流 1 A) G．滑动变阻器(阻值范围 0～200 Ω，最大允许电流 2 A) H．开关、导线若干 要求有较高的测量精度，并能测得多组数据，在供选择的器材中，电流表应选择________， 电压表应选择______，滑动变阻器应选择________．(填字母代号) (4)根据上面选择的器材，在图丙中完成实验电路的连接． 图 1 2．导电玻璃是制造 LCD 的主要材料之一．为测量导电玻璃的电阻率，某小组同学选取长度 L ＝25.00 cm 的圆柱体导电玻璃进行实验，主要步骤如下，完成下列填空： (1)首先用螺旋测微器测量导电玻璃的直径，示数如图 2a 所示，则直径 d＝________mm. 图 2 (2)然后用欧姆表粗测该导电玻璃的电阻 Rx，发现其电阻约为 12.0 Ω. (3)为精确测量 Rx 的阻值，该小组设计了图 b 所示的实验电路．可供使用的主要器材有： 器材 规格 电源 E 电动势 4.5 V，内阻约 1 Ω 定值电阻 R0 阻值为 20 Ω 电压表 V1 量程 3 V，内阻约 3 kΩ 电压表 V2 量程 15 V，内阻约 15 kΩ 电流表 A1 量程 200 mA，内阻约 1.5 Ω 电流表 A2 量程 0.6 A，内阻约 0.5 Ω 滑动变阻器 R1 阻值范围 0～1 kΩ 滑动变阻器 R2 阻值范围 0～20 Ω ①图中电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________．(填器 材代号) ②该小组进行了如下操作： a．将滑动变阻器的滑片移到最右端，将 S1 拨到位置 1，闭合 S2，调节滑动变阻器使电流表和 电压表的示数尽可能大，稳定后读出电流表和电压表的示数分别为 0.185 A 和 2.59 V； b．将滑动变阻器的滑片移到最右端，将 S1 拨到位置 2，调节滑动变阻器使电流表和电压表的 示数尽可能大，稳定后读出电流表和电压表的示数分别为 0.125 A 和 2.65 V； c．将滑动变阻器的滑片移到最右端，断开 S2.可求得 Rx＝________Ω. (4)由以上实验可求得，该导电玻璃电阻率的值ρ＝________Ω·m. 3．常见测电阻的方法有：伏安法、伏阻法、安阻法、替代法、半偏法、欧姆法等．现实验桌 上有下列器材： A．待测电阻 R(阻值约 10 kΩ) B．滑动变阻器 R1(0～1 kΩ) C．电阻箱 R0(99 999.9 Ω) D．电流计 G(500 μA，内阻不可忽略) E．电压表 V(3 V，内阻约 3 kΩ) F．直流电源 E(3 V，内阻不计) G．开关、导线若干 图 3 (1)甲同学设计了如图 3a 所示的测量电路，请指出他的设计中存在的问题： ①________________________________________________________________________ ②______________________________________________________________(指出两处即可)． (2)乙同学用图 b 所示的电路进行实验． ①请在图 c 中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接； ②将滑动变阻器的滑动头移到________(填“左”或“右”)端，再接通开关 S；保持 S2 断开， 闭合 S1，调节 R1 使电流计指针偏转至某一位置，并记下电流 I1； ③断开 S1，保持 R1 不变，闭合 S2，调节 R0 使得电流计读数为________时，R0 的读数即为待测 电阻的阻值． (3)丙同学查得电流计的内阻为 Rg，采用图 d 进行实验，改变电阻箱电阻，读出电流计相应的 示数 I，由测得的数据作出1 I －R0 图象如图 e 所示，图线纵轴截距为 m，斜率为 k，则待测电 阻 R 的阻值为________． 4．用如图 4 甲所示的电路测量未知电阻 Rx 的阻值，所用器材如下： 电源 E(电动势约为 3 V，内阻可忽略) 电压表 V1(量程为 3 V，内阻很大) 电压表 V2(量程为 3 V，内阻很大) 定值电阻 R1(阻值为 400 Ω) 定值电阻 R2(阻值为 200 Ω) 电阻箱 R(最大阻值为 999.9 Ω) 单刀单掷开关 S1，单刀双掷开关 S2，导线若干 (1)请将图乙中的实物按图甲所示的电路进行连线． 图 4 (2)开关 S1 闭合，将 S2 拨到 1 位置，记录电压表 V1 示数；再将 S2 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，电阻箱示数如图丙所示， 则 R＝________Ω. (3)根据以上操作可算出未知电阻 Rx＝________Ω(结果保留两位有效数字)． 5．要测定一个未知电阻 Rx，实验室提供以下器材： 待测电阻 Rx，阻值约为 2 Ω，额定电流为 2 A 电流表 A1 量程为 0.6 A，内阻 r1＝0.5 Ω 电流表 A2 量程为 3.0 A，内阻 r2 约为 0.1 Ω 变阻器 R1，电阻变化范围为 0～10 Ω 变阻器 R2，电阻变化范围为 0～1 kΩ 定值电阻 R3＝10 Ω 定值电阻 R4＝100 Ω 电源电动势 E 约为 9 V，内阻很小 开关 S，导线若干 要求实验时测量尽可能准确，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组 A1、A2 的读数 I1、I2，然后利用 I1—I2 图象求出未知电阻的阻值 Rx. (1)实验中定值电阻应该选________，滑动变阻器应选择________． (2)请在图 5 中补充完整实物连线电路． 图 5 (3)I1—I2 图象如图 6 所示，若图线斜率为 k，则电阻 Rx＝________.(用题中所给字母表示) 图 6 6．物理兴趣小组的同学要探究一质地均匀的圆柱形热敏电阻的电阻率随温度变化的规律． (1)利用以下实验器材设计实验研究热敏电阻的阻值随温度变化的规律： A．热敏电阻(常温下约 300 Ω) B．温度计 C．电流表 A1(60 mA，约 10 Ω) D．电流表 A2(3 A，约 0.1 Ω) E．电压表 V(6 V，约 15 kΩ) F．滑动变阻器 R1(500 Ω，0.5 A) G．滑动变阻器 R2(5 Ω，2 A) H．蓄电池(9 V,0.05 Ω) I．开关一个，导线若干 ①要求通过热敏电阻的电流从零开始增大，电流表应选择________，滑动变阻器应选择 ________．(填器材前的字母标号) ②请你将图 7 中的实验器材连接成测量电路． 图 7 (2)实验的主要步骤： a．在烧杯中加入适量冷水和冰块，形成冰水混合物，正确连接电路，闭合开关，记录电流表、 电压表的示数和温度计的示数，断开开关； b．在烧杯中添加少量热水，闭合开关，记录电流表、电压表示数和温度计的示数，断开开关； c．重复 b 的操作若干次，测得多组数据． ①若某次测量中，温度计的示数为 t，电流表、电压表的示数分别为 I、U，则温度为 t 时热 敏电阻的阻值为______． ②若他们得到的热敏电阻的阻值随温度变化的图象如图 8 所示，则热敏电阻的阻值随温度变 化的函数关系为 R＝________. 图 8 答案精析 1．(1)6.0 (2)0.935(0.933～0.936 均可) (3)D B F (4)如图所示 2．(1)2.500(2.498～2.502 均可) (3)①V1 A1 R2 ②12.8 (4)2.512×10－4(2.508×10－4～2.517×10－4 均可) 解析 (3)根据待测电阻 Rx 的粗测阻值，题图 b 中电压表应选用量程为 3 V 的电压表 V1；电 流表应选用量程为 200 mA 的电流表 A1；滑动变阻器应选用最大阻值与待测电阻阻值差不多的 滑动变阻器 R2.设电流表内阻为 RA，对操作步骤 a，由欧姆定律可得 U1＝I1(RA＋Rx)；对操作步 骤 b，由欧姆定律可得 U2＝I2(RA＋R0)；联立解得 Rx＝U1 I1 －U2 I2 ＋R0＝12.8 Ω.(4)由电阻定律得 Rx＝ρL S ，S＝πd2 4 ，解得该导电玻璃电阻率的值ρ＝2.512×10－4 Ω·m. 3．(1)①灵敏电流计不应外接 ②滑动变阻器不应采用限流式接法 (2)①如图所示 ②左 ③I1 (3)m k －Rg 解析 (1)题图 a 采用伏安法测电阻，当待测电阻远大于灵敏电流计的内电阻时，灵敏电流计 应内接以减小实验误差；由于滑动变阻器全值电阻远小于待测电阻，采用限流式接法时，调 节滑片位置，电路总电阻变化不大，因此电压表、灵敏电流计示数变化不大，无法用图象法 处理实验数据，因此滑动变阻器应采用分压式接法．(2)②滑动变阻器采用分压式接法时，接 通电路前应使待测电路两端电压为零，所以 R1 滑片初始位置应在左端；③应用替代法测电阻 时，应使电流值不变，所以调节 R0 使得电流计读数为 I1 以达到等效替代的作用．(3)由闭合 电路欧姆定律可知，I＝ E R0＋R＋Rg ，变形后可得：1 I ＝1 E R0＋1 E (R＋Rg)，结合图象可知，图象斜 率 k＝1 E ，纵轴截距 m＝1 E (R＋Rg)，解两式得：R＝m k －Rg. 4．(1)如图所示 (2)300.0 (3)2.7×102 解析 (3)根据串并联电路的特点可得，U2 R ×(R＋R2)＝U1 R1 ×(Rx＋R1)，解得 Rx≈2.7×102 Ω. 5．(1)R3 R1 (2)如图所示 (3)k r1＋R3 1－k 解析 (1)电流表 A1 与定值电阻串联作为电压表使用，可串联定值电阻 R3＝10 Ω，改装成量 程为 6.3 V 的电压表．根据实验要求，滑动变阻器应采用分压接法，故选择滑动变阻器阻值 变化范围小的R1.(2)由于待测电阻较小，应采用电流表外接法．(3)待测电阻两端电压U＝I1(r1 ＋R3)，待测电阻中电流 I＝I2－I1，由欧姆定律得 Rx＝U I ，联立解得 I1＝ Rx r1＋R3＋Rx I2.对比题给 的 I1－I2 图象，I1－I2 图象的斜率大小 k＝ Rx r1＋R3＋Rx ，解得 Rx＝k r1＋R3 1－k . 6．(1)①C G ②如图所示 (2)①U I ②R0－R0－R1 t1 t 解析 (1)热敏电阻中的最大电流约为 I＝E R ＝30 mA，因此电流表选择量程为 60 mA 的电流表 A1.由于 300 Ω< 15 kΩ×10 Ω，电流表采用外接法．由于要求通过热敏电阻的电流从零开 始增大，因此滑动变阻器采用分压接法，滑动变阻器采用最大阻值为 5 Ω的滑动变阻器 R2.(2) 根据欧姆定律可知，温度为 t 时热敏电阻的阻值为 R＝U I .设电阻随温度变化的函数关系为 R ＝kt＋b，根据题图，可知 t＝0 时，R＝b＝R0，由图线斜率 k＝－R0－R1 t1 ，可得热敏电阻的阻 值随温度变化的函数关系为 R＝R0－R0－R1 t1 t.