2025高考物理总复习测量金属丝的电阻率

第4讲实验测量金属丝的电阻率高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验目的1.掌握刻度尺、螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。2.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。3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属丝的电阻率。二、实验思路根据电阻定律公式可知,只要测出金属丝的长度和它的直径d,计算出横截面积S,并用伏安法测出电阻Rx,即可计算出金属丝的电阻率。三、实验器材被测金属丝,直流电源,电流表,电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。四、进行实验1.用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d。2.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丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值l。

接入后测长度4.把滑动变阻器的滑片调节到电路中的电阻值最大的位置。5.闭合开关,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入记录表格内。五、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用

分别算出各次的数值,再取平均值。(2)用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式

注意单位

六、误差分析1.若为内接法,电流表分压。2.若为外接法,电压表分流。3.长度和直径的测量。七、注意事项1.先测直径,再连电路:为了方便,直径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化。√√×研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

实验原理和实验操作典题1(2023北京卷)采用图甲所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。甲(1)实验时,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P应处在

(选填“M”或“N”)端。

M(2)按照图甲连接实物图,如图乙所示。闭合开关前检查电路时,发现有一根导线接错,该导线为

(选填“a”“b”或“c”)。若闭合开关,该错误连接会带来的问题有

。

乙b移动滑片时,电压表和电流表的示数不变

解析

(1)滑动变阻器为分压式接法,实验时,闭合开关S前,为保护电路,滑动变阻器的滑片P应处在M端。(2)滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器下端两接线柱与电源相连,故b导线接错;该错误带来的问题是移动滑片的过程中电压表和电流表的示数不变。考向二

数据处理和误差分析典题2(2024广西河池一模)现有一根由某种材料制成的粗细均匀的金属丝,为测量其电阻率,实验小组设计了如下实验:甲(1)用螺旋测微器测出其直径,用游标卡尺测出其长度,如图甲所示,则金属丝的直径d=

mm,金属丝的长度l=

cm。

1.7506.150(2)用图乙所示的电路图测量电阻丝的电阻Rx,其中R0为定值电阻。请用笔画线代替导线,把图丙中的实物电路补充完整。乙丙见解析图

(3)第一次按图乙所示的电路测量,调节滑动变阻器的滑片,测得多组电压U及电流I的值;第二次将电压表改接在a、b两点测量,测得多组电压U及电流I的值,并根据两次测量结果分别作出U-I图像,如图丁所示。则第一次测量得到的图线是_______

(选填“M”或“N”)。

丁(4)电压表可看作理想电表,由U-I图像可得电阻丝的电阻Rx=

Ω,根据电阻定律可求得电阻丝的电阻率ρ=

Ω·m。(π取3.14,计算结果均保留2位有效数字)

N401.6×10-3解析

(1)根据螺旋测微器的读数规律可得d=1.5

mm+25.0×0.01

mm=1.750

mm根据游标卡尺的读数规律可得l=61

mm+10×0.05

mm=61.50

mm=6.150

cm。(2)实物图如图所示考点二实验的改进与创新考向一

实验器材的创新典题3

某同学想利用电路精确测量一根粗细均匀合金丝的电阻率。实验器材如下:稳压电源(电压未知,内阻不计)、电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ;量程0~3V,内阻约3kΩ)、电流表(量程0~3A,内阻约0.2Ω;量程0~0.6A,内阻约1Ω)、保护电阻R0(阻值未知)、开关S、刻度尺、游标卡尺、导线若干、待测合金丝等。请完成相关实验内容:甲乙(1)测量合金丝直径时,游标卡尺示数如图甲所示,读数为

mm。

(2)该同学用多用表的欧姆挡测量整根合金丝的电阻,把选择开关置于“×1”挡时,发现指针偏转如图乙所示,则金属丝的电阻为

Ω。

1.113(3)将合金丝固定在绝缘的刻度尺上,在合金丝上夹上一个可移动的小金属夹。根据现有器材,部分电路连线如图丙所示,请用笔画线代替导线将实物电路连接完整。丙见解析图

(4)完成电路连接后,操作如下:a.开启电源,将小金属夹移到合金丝上适当的位置,闭合开关S;b.记录电压表和电流表的读数U、I,记录合金丝接入长度L,断开开关S;c.改变小金属夹的位置,闭合开关S,重复步骤b的操作;d.利用记录的数据分别描绘U-I关系图像(如图丁所示)和

关系图像(如图戊所示);e.利用图像信息求解合金丝的电阻率。①由U-I关系图像可知,稳压电源电压U0=

V;

②算得合金丝的横截面积S=1×10-6m2,由

关系图像可知,电阻率ρ=

Ω·m。

丁戊2.00

1.0×10-6解析

(1)游标卡尺读数为1

mm+1×0.1

mm=1.1

mm。(2)由图乙可知金属丝的电阻为13×1

Ω=13

Ω(3)由图丁可知电源电压为2

V,最大电流为0.5

A,所以电压表量程选择0~3

V,电流表量程选择0~0.6

A,计算可得

,电流表采用外接法,如图所示。(4)①根据闭合电路欧姆定律E=U+IR0,整理得U=E-R0I,根据电源的U-I图像可知,稳压电源电压U0=2.00

V,图像斜率的绝对值为保护电阻R0的阻值,思维点拨

丙丁考向二

实验方法的改进典题4(2023全国乙卷)一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材:螺旋测微器、刻度尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图甲是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空:甲(1)实验时,先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大,闭合S。(2)将K与1端相连,适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻,此时电压表读数记为U1,然后将K与2端相连,此时电压表读数记为U2。由此得到流过待测金属丝的电流I=

,金属丝的电阻r=

。(结果均用R0、U1、U2表示)

(3)继续微调R,重复(2)的测量过程,得到多组测量数据,如下表所示:U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.43(4)利用上述数据,得到金属丝的电阻r=14.2Ω。(5)用刻度尺测得金属丝长度l=50.00cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径,某次测量的示数如图乙所示,该读数为d=

mm。多次测量后,得到直径的平均值恰与d相等。

(6)由以上数据可得,待测金属丝所用材料的电阻率ρ=

×10-7Ω·m。(保留2位有效数字)

乙0.1505.0解析

(2)K与1端相连,此时电压表测量的是金属丝两端的电压U1,K与2端相连,电压表测量的是金属丝和定值电阻二者的电压之和U2;因为电压表内阻非常大,可视为理想电压表,所以K与1端相连和K与2端相连不改变电路中的电流,因此(5)用螺旋测微器测量金属丝的直径d,该读数为d=15.0×0.01

mm=0.150

mm。典题5(2024福建福州模拟)学习小组要测量一个电阻的电阻率,已知其长度为L,额定电压为1V。(1)用螺旋测微器测量该电阻的直径,示数如图甲所示,其直径d=

mm;

甲1.990(2)粗测该电阻的阻值为250Ω,为精确测量其阻值,该同学设计的测量电路图如图乙所示,其中蓄电池电动势E约为6.5V(内阻不计)、滑动变阻器R最大阻值为200Ω、定值电阻R1=792Ω、保护电阻R2=250Ω。要求滑动变阻器在接近全电阻范围内可调,且测量时电表的读数不小于其最大测量值的,则图乙中①位置应接入

,②位置应接入

;(均选填器材前的字母序号)

A.电流表A1(量程为0~100mA,内阻RA1=3Ω)B.电流表A2(量程为0~5mA,内阻RA2=8Ω)C.电压表V(量程为0~3V,内阻RV=750Ω)乙CB(3)实验中根据两电表读数作出如图丙所示的图线(坐标均为国际单位),已知图线的斜率为k,则所测该电阻的阻值Rx=

(用题中已给物理量符号表示),研究实验误差时发现实验所用定值电阻R1的阻值比标称值小,则电阻的电阻率的测量值将

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

丙偏大

解析

(1)该电阻的直径d=1