xx届高考物理基础知识要点复习 实验七 测定金属的电阻率

1 / 12 XX 届高考物理基础知识要点复习 实验七 测定金属的电阻率 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址 XX 届高三物理一轮复习全案：实验七测定金属的电阻率（选修 3-1） 【考纲知识梳理】 一、实验目的 学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率。 二、实验原理 用刻度尺测一段金属导线的长度，用螺旋测微器测导线的直径，用伏安法测导线的电阻，根据电阻定律，金属的电阻率。 1、（ 1）螺旋测微器（又叫千分尺）是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到，测量范围为几个厘米。 （ 2）螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来。螺旋测微器的精密螺纹的螺距是，可动刻度有 50 个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或2 / 12 后退这 /50=。可见，可动刻度每一小分度表示，所以以螺旋测微器可准确到。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺 （ 3）测量时，当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点若恰好 与固定刻度的零点重合，旋出测微螺杆，并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端，那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。这个距离的整毫米数由固定刻度上读出，小数部分则由可动刻度读出。 （ 4）使用螺旋测微器应注意以下几点： 测量时，在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。 在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。 读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻 度线对齐，千分位上也应读取为 “0” 。 当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。 2、伏安法测电阻 电路： 3 / 12 如果是理想情况，即 RA0 ， Rv 时，两电路测量的数值应该是相同的。 （ 1）外接法 U 侧是 Rx 两端电压，是准确的， I 测是过 Rx 和总电流，所以偏大。 R 测偏小，是由于电压表的分流作用造成的。 实际测的是 Rx与 Rv的并联值，随 Rv ，误差将越小。 （ 2）内接法 I 测是过 Rx的电流，是准确 的， U 测是加在 Rx与上总电压，所以偏大。 R 测偏大，是由于电流表的分压作用造成的。 三、实验器材 被测金属导线、米尺、螺旋测微器、电流表、电压表、直流电源、电键、滑动变阻器、导线若干。 【要点名师精解】 一、实验步骤 1.用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值 d； 2.按图所示的电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路； 3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值 L； 4.把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最4 / 12 大的 位置，电路经检查确认无误后，闭合电键 k。改变 滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数 I 和 U 的值，记入记录表格内，断开电键 k。 求出导线电阻 R 的平均值； 5.将测得 R、 L、 d 的值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率； 6.拆去实验线路，整理好实验器材。 实验结论 根据电阻定律，得金属的电阻率，所以只要先用伏安法测出金属丝电阻，用刻度尺测金属丝长度，用螺旋测微器测金属丝直径，然后代入公式即可。在测电阻时，如果是小电阻，则电流表用外接法；反之，如果电阻较大，则电流表用内接法。 由于金属丝电阻一般较小（相对于电压表内阻来说），故做本实验时应采用电流表外接法 .至于滑动变阻器是采用限流式还是分压式，可根据实验所提供的器材及要求而灵活选取 .若无特别要求，一般可用限流式。 【例 1】 (XX山东理综 23)（ 12 分） XX年诺贝尔物理学奖授予两位发现 “ 巨磁电阻 ” 效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。 若图 1 为某磁敏电阻在室温下的电阻磁感应强度特性曲线，其中 RB、 R0 分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。5 / 12 为了测量磁感应强度 B，需先测量磁敏 电阻处于磁场中的电阻值 RB。请按要求完成下列实验 （ 1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图 2 虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场感应强度大小约为，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。要求误差较小。提供的器材如下： A磁敏电阻，无磁场时阻值 B滑动变阻器 R，全电阻约 c电流表 ，量程，内阻约 D电压表 ，量程 3V，内阻约 3k E直流电源 E，电动势 3V，内阻不计 F开关 S，导线若干 （ 2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如 下表： 123456 U（ V） I（ mA） 根据上表可求出磁敏电阻的测量值 结合图 1 可行待测磁场的磁感应强度 T。 （ 3）试结合图 1 简要回答，磁感应强度 B 在 0和范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？ （ 4）某同学查阅相关资料时看到了图 3 所示的磁敏电阻在6 / 12 一定温度下的电阻磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？ 解析：（ 1）滑动变阻器阻值小，为了有效地调节电路，需采用分压式接法，由图 29-10甲可知，在待测磁场磁感应强度大小约为 时， Rn大约为 R0 的 6 倍 12倍，大于，所 以采用的电流表内接法。 （ 2）依据欧姆定律，由表中后五组测量数据求磁敏电阻值，求平均值得出磁敏电阻的测量值 。因为，由图 29-10甲可知，对应的磁感应强度。 （ 3）见答案。 （ 4）见答案。 答案： （ 1）如图 29-11所示 （ 2） （ 3）在 0范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在 范围内，磁敏电阻的阻值磁感应强度线性变化（或均匀变化）。 （ 4）磁场反向，磁敏电阻的阻值不变。 【感悟高考真题】 1、（ XX江苏物理， 10， 8 分）有一根圆台状均匀质合金棒如7 / 12 图甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率 、长度 L 和两底面直径 d、 D 有关。他进行了如下实验： （ 1）用游标卡尺测量合金棒的两底面直径 d、 D 和长度 L。图乙中游标卡尺（游标尺上有 20 个等分刻度）的读数L=_cm. （ 2）测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示（相关器材的参数已在图中标出）。该合金棒的电阻约为几个欧姆。图中有一处连接不当的导线是 _.（用标注在导线旁的数字表示） （ 3）改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻 R=. 根据电阻定律计算电阻率为 、长为 L、直径分别为 d 和 D 的圆柱状合金棒的电阻分别为 Rd= 、 RD=. 他发现：在误差允许范围内，电阻 R 满足 R2=RdRD，由此推断该圆台状合金棒的电阻 R=_.（用 、 L、 d、 D 表述） 答案：（ 1）（ 2） （ 3） 解析：（ 1）游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错。首先，确定游标卡尺的精度为 20 分度，即为，然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数，注意小数点后的有效数字要与精度一样，再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度格数 =，最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据， += （ 2）本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其8 / 12 两端的电压和通过电阻的电流时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法， 线的连接使用的是安培表内接法。 （ 3）审题是处理本题的关键，弄清题意也就能够找到处理本题的方法。根据电阻定律计算电阻率为、长为 L、直径分别为 d和 D的圆柱状合金棒的电阻分别为 Rd= 、 RD=. 即，而电阻 R 满足 R2=RdRD，将 Rd、 RD带入得 2、 (XX广东物理， 16， 14分 )某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括：输出为 3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等。 （ 1）他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹，金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图 14 （ 2）实验的主要步骤如下： 正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关； 读出电流表的示数，记录金属夹的位置； 断开开关， _，合上开关，重复 的操作。 （ 3）该小组测得电流与金属丝接入长度关系的 数据，并据9 / 12 此绘出了图 15 的关系图线，其斜率为_A-1m-1(保留三位有效数字 )；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 _的电阻之和。 （ 4）他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图 16所示。金属丝的直径是 _。图 15 中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 _,其数值和单位为 _（保留三位有效数字）。 答案： 电路图如图所示 读出接入电路中的金属丝的长度 电源的内阻与电阻箱 金属丝的电阻率 10 -7m 解析：依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻率，电路图如图所示；电路实物图如图所示，依据闭合电路欧姆定律得，参照题目给出的图像可得 ,可见直线的斜率，可知斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属的电阻率，其数值和单位为 10 -7m ；依据直线可得其斜率为 m-1，截距为，则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为（）；金属丝的直径是。 【考点精题精练】 1、（ I）用螺旋测器测量金属导线的直径，其示数如图所示，该金属导线的直径为 mm。 10 / 12 （ II）右图为欧姆表面原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=300a，内阻 Rg=100 ，可变电阻 R 的最大阻值为 10k ，电池的电动势 E=，内阻 r= ，图中与接线柱 A 相连的表笔颜色应是色，按正确使用方法测量电阻 Rx 的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则 Rx=k 。 答案：（ I） （ II）红， 5 2、有一段粗细均匀的导体 ,现要用实验的方法测定这种导体材料的电阻率 ,若已测得其长度和横截面积 ,还需要测出它的电阻值 Rx。 若已知这段导体的电阻约为 30, 要尽量精确的测量其电阻值 ,除了需要导线、开关以外 ,在以下 备选器材中应选用的是。 (只填写字母代号 ) A电池（电动势 14V、内阻可忽略不计） B电流表（量程0，内阻约 ） c电流表（量程 0 100mA，内阻约 12 ） D电压表（量程 0 3V，内阻约 3k ） E电压表（量程 0 15V，内阻约 15k ） F滑动变阻器（ 010 ，允许最大电流） G滑动变阻器（ 0 500 ，允许最大电流） 在方框中画出测这段导体电阻的实验电路图 (要求直接测量的变化范围尽可能大一些 )。 11 / 12 根据测量数据画出该导体的伏安特性曲线如图所示 ,发现mN段明显向上弯曲。若实验的 操作、读数、记录、描点和绘图等过程均正确无误 ,则出现这一弯曲现象的主要原因是。 答案： ABEF （ 4 分） 如图所示（ 4 分） 随着导体中的电流增大，温度升高，电阻率增大，电阻增大（ 4 分 3、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率 。步骤如下： （ 1）用游标为 20分度的卡尺测量其长度如图，由图可知其长度为 mm； （ 2）用螺旋测微器测量其直径如右上图，由图可知其直径为 mm； （ 3）用多用电表的电阻 “10” 挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图，则该电阻的阻值约为 。 （ 4）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻 R，现有的器材及其代号和规格如下： 待测圆柱体电阻 R 电流表 A1（量程 0 4mA，内阻约 50 ） 12 / 12 电流表 A2（量程 0 10mA，内阻约 30 ） 电压表 V1（量程 0 3V，内阻约 10k