高考物理總復(fù)習(xí) 第31講 實(shí)驗(yàn)六 決定導(dǎo)線電阻的因素講義-人教版高三物理試題

第31講實(shí)驗(yàn)六：決定導(dǎo)線電阻的因素考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求實(shí)驗(yàn)、探究：決定導(dǎo)線電阻的因素14年T10—實(shí)驗(yàn)，考查螺旋測(cè)微器的讀數(shù)、測(cè)量合金絲的電阻分析綜合、實(shí)驗(yàn)與探究弱項(xiàng)清單1.游標(biāo)卡尺無(wú)需估讀，搞清不同分度的游標(biāo)尺的精度；螺旋測(cè)微器微分套筒刻度必須要估讀，主尺讀數(shù)注意半毫米刻度是否露出；2.測(cè)電阻時(shí)注意選用電流表的內(nèi)外接法及滑動(dòng)變阻器的限流分壓式接法.實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺的使用1．螺旋測(cè)微器(1)構(gòu)造：如圖，S為固定刻度，H為可動(dòng)刻度．(2)原理：可動(dòng)刻度H上的刻度為50等份，螺旋測(cè)微器的精確度為0.01mm(3)讀數(shù)：①測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動(dòng)刻度讀出．②測(cè)量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)．③如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米，而從可動(dòng)刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0mm＋15.0×0.01mm2．游標(biāo)卡尺(如圖)(1)構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)外測(cè)量爪)、游標(biāo)尺上還有一個(gè)深度尺，尺身上還有一個(gè)緊固螺釘．(2)用途：測(cè)量厚度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑．(3)原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成．不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度，它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.刻度格數(shù)(分度)刻度總長(zhǎng)度每小格與1mm精確度(可準(zhǔn)確到)1090.10.120190.050.0550490.020.02(4)讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，k表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為(x＋k×精確度)mm.二、伏安法測(cè)電阻1．電流表的內(nèi)接法和外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測(cè)＝Ux＋UA電壓表分流I測(cè)＝Ix＋I(xiàn)V電阻測(cè)量值R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝Rx＋RA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值適用條件RA≤RxRV≥Rx適用于測(cè)量大電阻小電阻2.兩種電路的選擇(1)阻值比較法：先將待測(cè)電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法；簡(jiǎn)單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”．(2)比值比較法若eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，則用電流表外接法．若eq\f(RV,Rx)<eq\f(Rx,RA)，則用電流表內(nèi)接法．(3)試觸法：如圖所示，將電壓表分別接在a、c和b、c兩點(diǎn)間時(shí)，若電流表示數(shù)變化較大，說(shuō)明電壓表分流較大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表示數(shù)變化較大，則選用外接法．3.滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法(1)兩種接法比較方式內(nèi)容限流接法分壓接法對(duì)比說(shuō)明兩種接法電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分壓接法電壓能從零開(kāi)始連續(xù)變化調(diào)節(jié)范圍大負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分壓接法調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護(hù)電路元件(2)分壓和限流電路的選擇原則①若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過(guò)電流表(或電壓表)的量程，或超過(guò)待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式電路．②若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓式電路．③若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式電路．④兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、能耗低．4．電阻率的測(cè)定原理把金屬絲接入如圖所示的電路中，用電壓表測(cè)金屬絲兩端的電壓，用電流表測(cè)金屬絲中的電流，根據(jù)Rx＝eq\f(U,I)計(jì)算金屬絲的電阻Rx，然后用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的有效長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑d，計(jì)算出金屬絲的橫截面積S，根據(jù)電阻定律Rx＝eq\f(ρl,S)，得出計(jì)算金屬絲電阻率的公式ρ＝eq\f(RxS,l)＝eq\f(πd2U,4lI).技能優(yōu)化【典型例題1】下圖螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為_(kāi)_______mm，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為_(kāi)_______cm.【典型例題2】在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)應(yīng)為_(kāi)_______mm(該值接近多次測(cè)量的平均值)．(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx.實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω)、電流表(內(nèi)阻約0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干．某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用下圖中的______圖(選填“甲”或“乙”)．(3)如圖所示是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請(qǐng)根據(jù)(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線，并使閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U-I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為_(kāi)_____(填選項(xiàng)前的符號(hào))．A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m(6)(多選)任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差．本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．下列關(guān)于誤差的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是________．A．用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差D．用U-I圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差【學(xué)習(xí)建議】伏安法測(cè)電阻是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是高考考查的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)．它滲透在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，如測(cè)未知電阻、測(cè)電阻率、測(cè)各種電表內(nèi)阻等．本質(zhì)上都是伏安法測(cè)電阻在不同情景下的具體應(yīng)用．在學(xué)習(xí)過(guò)程中要注意：重視實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)器材、理解實(shí)驗(yàn)方法，要能夠把握好電壓表、電流表的選擇以及實(shí)物連線．【典型例題3】用以下器材可測(cè)量電阻Rx的阻值．待測(cè)電阻Rx，阻值約為600Ω；電源E，電動(dòng)勢(shì)約為6.0V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；電壓表V1，量程為0～500mV，內(nèi)阻r1＝1000Ω；電壓表V2，量程為0～6V，內(nèi)阻r2約為10kΩ；電流表A，量程為0～0.6A，內(nèi)阻r3約為1Ω定值電阻R0，R0＝60Ω；滑動(dòng)變阻器R，最大阻值為150Ω；單刀單擲開(kāi)關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干．(1)測(cè)量中要求兩只電表的讀數(shù)都不小于其量程的eq\f(1,3)，并能測(cè)量多組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出測(cè)量電阻Rx的實(shí)驗(yàn)電路圖.(2)若選擇測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來(lái)計(jì)算Rx，則由已知量和測(cè)量物理量計(jì)算Rx的表達(dá)式為Rx＝____________，式中各符號(hào)的意義是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(所有物理量用題中代表符號(hào)表示)【典型例題4】用伏安法測(cè)定一個(gè)待測(cè)電阻Rx的阻值(阻值約為200Ω)，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：電池組E：電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表A1：量程0～15mA，內(nèi)阻約為100Ω；電流表A2：量程0～300μA，內(nèi)阻為1000Ω；滑動(dòng)變阻器R1：阻值范圍0～20Ω，額定電流2A電阻箱R2，阻值范圍0～9999Ω，額定電流1A開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干．要求實(shí)驗(yàn)中盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量Rx的阻值，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)為了測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓，可以將電流表______(填寫器材代號(hào))與電阻箱串聯(lián)，并將電阻箱阻值調(diào)到______Ω，這樣可以改裝成一個(gè)量程為3.0V的電壓表．(2)在圖中畫完整測(cè)量Rx阻值的電路圖，并在圖中標(biāo)明器材代號(hào)．(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，兩表的示數(shù)如圖所示，可讀出電流表A1的示數(shù)是________mA，電流表A2的示數(shù)是________μA，測(cè)得待測(cè)電阻Rx的阻值是________．本次測(cè)量存在一定的系統(tǒng)誤差，考慮這個(gè)原因測(cè)量值比真實(shí)值________(選填“偏大”或“偏小”)．當(dāng)堂檢測(cè)1.(17年南京模擬)某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室完成了“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)．甲乙第1題圖(1)正確操作獲得金屬絲的直徑以及電壓表的讀數(shù)如圖甲、圖乙所示，則它們的讀數(shù)值依次是d＝________mm、U＝________V.(2)已知實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器阻值范圍為0－10Ω，金屬絲電阻約2Ω，電流表內(nèi)阻幾歐，電壓表內(nèi)阻約幾十千歐．電源為干電池(不宜在長(zhǎng)時(shí)間、大功率狀況下使用)，其電動(dòng)勢(shì)E＝4.5V，內(nèi)阻很?。?qǐng)?jiān)趫D中方框內(nèi)畫出本次實(shí)驗(yàn)的電路圖．(3)用此電路測(cè)得的金屬電阻率與真實(shí)值相比________．(選填“偏大”、“偏小”或“相同”)2．某同學(xué)測(cè)量一個(gè)圓柱體的電阻率，需要測(cè)量圓柱體的尺寸和電阻．(1)分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體的長(zhǎng)度和直徑，某次測(cè)量的示數(shù)如圖(a)和圖(b)所示，長(zhǎng)度為_(kāi)_______cm，直徑為_(kāi)_______mm.(a)(b)(c)第2題圖(2)按圖(c)連接電路后，實(shí)驗(yàn)操作如下．①將滑動(dòng)變阻器R1的阻值置于最______處(選填“大”或“小”)；將S2撥向接點(diǎn)1，閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0.②將電阻箱R2的阻值調(diào)至最______(選填“大”或“小”)，S2撥向接點(diǎn)2；保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時(shí)R2阻值為1280Ω.③由此可知，圓柱體的電阻為_(kāi)_______Ω.3．下圖是測(cè)量電阻Rx的原理圖，學(xué)生電源輸出電壓可調(diào)，電流表量程選0.6A(內(nèi)阻不計(jì))，標(biāo)有長(zhǎng)度刻度的均勻電阻絲ab的總長(zhǎng)為30.0乙丙第3題圖(1)根據(jù)原理圖連接圖乙的實(shí)物圖．(2)斷開(kāi)S2，合上S1；調(diào)節(jié)電源輸出電壓為3.0V時(shí)，單位長(zhǎng)度電阻絲的電壓u＝________V/cm，記錄此時(shí)電流表A1的示數(shù)．(3)保持S1閉合，合上S2；滑動(dòng)c點(diǎn)改變ac的長(zhǎng)度L，同時(shí)調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使電流表A1的示數(shù)與步驟(2)記錄的值相同，記錄長(zhǎng)度L和A2的示數(shù)I.測(cè)量6組L和I值，測(cè)量數(shù)據(jù)已在圖(c)中標(biāo)出，寫出Rx與L、I、u的關(guān)系式Rx＝________；根據(jù)圖丙用作圖法算出Rx＝________Ω.(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)

第31講實(shí)驗(yàn)六：決定導(dǎo)線電阻的因素技能優(yōu)化·典型例題1·6.576－6.5791.340·典型例題2·(1)0.398(0.395～0.399均可)(2)甲(3)如圖所示(4)如圖所示4．5(4.3～4.7均可)(5)C(6)CD【解析】(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)通過(guò)給定的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓接近從0開(kāi)始，故滑動(dòng)變阻器采用的是分壓式接法．(3)對(duì)滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，連線時(shí)應(yīng)使測(cè)量電路在開(kāi)始時(shí)分到的電壓為0.(4)圖線應(yīng)過(guò)原點(diǎn)，且使大多數(shù)點(diǎn)在一條直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)．圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，所以Rx＝4.5Ω.(5)由R＝ρeq\f(L,S)，S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))))eq\s\up12(2)，取d＝4×10－4m、L＝0.5m、R＝4．5Ω，解出ρ≈1×10－6Ω·m.(6)由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于電流表、電壓表內(nèi)阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，則可以消除系統(tǒng)誤差，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；利用U-I圖象處理數(shù)據(jù)，相當(dāng)于多次測(cè)量取平均值，可以減小偶然誤差，選項(xiàng)D正確．·典型例題3·(1)測(cè)量電路見(jiàn)解析圖(2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)))U1為電壓表V1的讀數(shù)，U2為電壓表V2的讀數(shù)，r1為電壓表V1的內(nèi)阻，R0為定值電阻【解析】(1)電路的最大電流為I＝eq\f(6V,600Ω)＝0.01A，電流表量程太大，可以把電壓表V1并聯(lián)一個(gè)定值電阻改裝成電流表，電壓表選擇V2即可，要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器需要分壓式接法，電路如圖．(2)流過(guò)被測(cè)電阻的電流為I＝eq\f(U1,r1)＋eq\f(U1,R0)＝eq\f(U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1)),R0r1)，被測(cè)電阻阻值為Rx＝eq\f(U2－U1,I)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U2－U1))R0r1,U1\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R0＋r1))).·典型例題4·(1)A29000(2)電路如圖(3)8.0150187.5Ω偏小【解析】(1)把A2和R2串聯(lián)起來(lái)充當(dāng)電壓表，此電壓表量程為3V，R＝eq\f(3,300×10－6)Ω－1000Ω＝9000Ω.(3)由圖可知，電流表A1的示數(shù)為8.0mA，電流表A2的示數(shù)是150μA，待測(cè)電阻阻值為Rx＝eq\f(150×10－6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1000＋9000)),8.0×10－3)Ω＝187.5Ω.采用電流表外接法故測(cè)量的電流值偏大，因此測(cè)量的電阻偏?。?dāng)堂檢測(cè)1．(1)0.9982.28(2)如圖所示(3)偏小第1題圖【解析】(1)螺旋測(cè)微器讀數(shù)為L(zhǎng)＝0