2020新教材高中物理第十一章电路及其应用3-2实验导体电阻率的测量实验研析练含解析 人教版必修第三册

2020新教材高中物理第十一章电路及其应用3-2实验导体电阻率的测量实验研析练含解析 人教版必修第三册

实验导体电阻率的测量 类型一　测量电阻率的实验原理与操作 ‎【典例1】在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准,待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为　　　　 mm(该值接近多次测量的平均值)。  ‎ ‎(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为:电池组(电动势3 V,内阻约 ‎1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω,额定电流2 A)、开关、导线若干。‎ 某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如表:‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.10‎ ‎0.30‎ ‎0.70‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎1.70‎ ‎2.30‎ I/A ‎0.020‎ ‎0.060‎ ‎0.160‎ ‎0.220‎ ‎0.340‎ ‎0.460‎ ‎0.520‎ 由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的　　　　图(选填“甲”或“乙”)。 ‎ ‎(3)图3是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)中所选的电路图,补充完成图3中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。‎ - 4 -‎ ‎(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U-I坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx=　　　　 Ω(保留两位有效数字)。 ‎ ‎(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为　　　　(填选项前的符号)。 ‎ A.1×10-2 Ω·m　　　 B.1×10-3 Ω·m C.1×10-6 Ω·m D.1×10-8 Ω·m ‎(6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是　　　　(有多个正确选项)。 ‎ A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差 B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差 D.用U-I图线处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 ‎【解析】(1)千分尺读数:固定刻度值+旋转刻度格数×0.01 mm=0+39.7×‎ ‎0.01 mm=0.397 mm。‎ ‎(2)由测得的U、I值得Rx约5 Ω,乙图中提供给Rx的最小电压U==‎ ‎0.6 V,故选用甲图电路使电压调节范围更广。‎ ‎(3)如图所示。‎ ‎(4)描点后可见,第6次测量误差很大,舍去,作过O点的直线将其余6个点拟合到直线上,如图所示。‎ - 4 -‎ Rx==4.5 Ω。‎ ‎(5)由R=,ρ=≈1.1×10-6 Ω·m,故选C。‎ ‎(6)由于观察角度及观察能力不同,对测微器读数产生偶然误差,选项A错误;电流表和电压表不可能成为理想电表,对测量带来的误差是不可避免的,属于系统误差,选项B错误;电压表内阻的分流,是产生系统误差的原因,如果将其电阻计算在内,如图甲电路中,则R测=,Rx=,即可消除系统误差。用U-I图线处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差。‎ 答案:(1)0.397(0.395～0.399均可)　(2)甲　(3)见解析图　(4)见解析图　4.5(4.3～4.7均可)　(5)C　(6)C、D 类型二　实验创新 ‎【典例2】某兴趣小组对市场中铜导线进行调查, ‎ ‎(1)如图所示,采用绕线法测得10匝铜导线总直径为　　　 cm; ‎ ‎(2)现取长度为L=100 m的一捆铜导线,欲测其电阻:‎ - 4 -‎ 在实验前,事先了解到铜的电阻率很小,在用伏安法测量其电阻时,设计如图2电路,则电压表的另一端应接　　　　(选填“a”或“b”),测量得电压表示数为4.50 V,而电流表选择0～3.0 A量程,其读数如图3所示,则其读数为　　　　 A,可得铜的电阻率为　　　　 Ω·m(计算结果保留两位有效数字)。该兴趣小组参考课本上的信息(如表所示),发现计算得到的电阻率有一些偏差,但是实验的操作已经十分规范,测量使用的电表也已尽可能校验准确,你觉得造成这种偏差最有可能的原因是:　　　　　　　　。 ‎ 表　几种导体材料在20℃时的电阻率 材料 ρ/(Ω·m)‎ 材料 ρ/(Ω·m)‎ 银 ‎1.6×10-8‎ 铁 ‎1.0×10-7‎ 铜 ‎1.7×10-8‎ 锰铜合金 ‎4.4×10-7‎ 铝 ‎2.9×10-8‎ 镍铜合金 ‎5.0×10-7‎ 钨 ‎5.3×10-8‎ 镍铬合金 ‎1.0×10-6‎ ‎【解析】(1)由刻度尺的读数可知,总长度l=1.25 cm,而绕的线圈是10匝,所以直径为 cm=0.125 cm;‎ ‎(2)由于电压表内阻远大于铜导线电阻,所以应采用外接法,即电压表的另一端应接在a端;‎ 由图3可知,电流表量程是3 A,分度值为0.1 A,示数为2.50 A,待测电阻阻值为:Rx= Ω=1.80 Ω,由电阻定律可得:Rx=ρ=ρ,故ρ=≈2.2×10-8 Ω·m ‎ 由于实验过程中有电流流过导线,导线会发热,随温度的升高导线的电阻率增大,所以出现这种偏差的原因可能是电流较大,实验过程中铜导线的温度明显超过了20 ℃。‎ 答案:(1)0.125　(2)a　2.50　2.2×10-8　电流较大,实验过程中铜导线的温度明显超过了20 ℃‎ - 4 -‎