2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-实验十二 测量金属丝的电阻率

实验十二测量金属丝的电阻率实验原理实验操作注意事项1.由R=ρlS得ρ=RSl,因此只要测出金属丝的长度l、横截面积S和电阻R,即可求得2.测量电阻的电路图。1.测直径d:用螺旋测微器在不同位置测量三次,取平均值。2.连电路:按伏安法测电阻原理图连接电路。3.测长度l:用毫米刻度尺测有效长度,测量三次,取平均值。4.测电压、电流:闭合开关,调节滑动变阻器,利用电压表及电流表读出多组U、I数值并记录。5.算电阻率:ρ=RSl1.金属丝电阻小,用电流表外接法。2.在用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。3.若采用图像法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线要尽可能地通过较多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离较远的点应舍去。数据处理1.计算Rx的两种方法。方法一:用Rx=UI分别算出各次的数值,再取平均值方法二:作U－I图像,利用斜率求出Rx,如图所示。2.计算电阻率:将记录的数据l、d及Rx的值,代入电阻率计算式,得ρ=πR误差分析1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。考点一教材原型实验例1(2025·广西柳州模拟)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50cm。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,某次测量结果如图所示,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3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、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,记录数据如下:次数12345678U/V00.100.300.701.001.501.702.30I/A00.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)如图是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,请结合(2)所确定的电路图,补充完成图中实物连线。(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U-I坐标系,如图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点,请在图中标出第3、5、7次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得金属丝的阻值Rx=Ω(保留2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。

A.1×10-2Ω·m B.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·m D.1×10-8Ω·m例2(2024·山东卷,14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下:学生电源(输出电压0~16V);滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流2A);电压表V(量程3V,内阻未知);电流表A(量程3A,内阻未知);待测铅笔芯R(X型号、Y型号);游标卡尺、螺旋测微器,开关S、单刀双掷开关K,导线若干。回答以下问题:(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径,某次测量结果如图甲所示,该读数为mm。

(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路,闭合开关S后,将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置,将单刀双掷开关K分别掷到1、2端,观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显,则测量铅笔芯电阻时应将K掷到(填“1”或“2”)端。

(3)正确连接电路,得到Y型号铅笔芯I-U图像如图丙所示,求得电阻RY=Ω(保留3位有效数字);采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70Ω。

(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68mm、60.78mm。使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等,则X型号铅笔芯的电阻率(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。

考点二创新拓展实验例3(2024·江西卷,12)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。(1)如图(a)所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽d=0.07m和高h=0.03m。(2)现有实验器材:电流表(量程300μA,内阻RA=2500Ω)、电压表(量程3V或15V,内阻未知)、直流电源(3V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。(3)连接好电路,测量26℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65℃,重复测量。绘出26℃和65℃水的Rx-l图线,分别如图(b)中甲、乙所示。(4)若Rx-l图线的斜率为k,则水的电阻率表达式为ρ=(用k、d、h表示)。实验结果表明,温度(选填“高”或“低”)的水更容易导电。

(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变,选用内直径为8.0×10-3m的水管。若人体的安全电流为1.0×10-3A,热水器出水温度最高为65℃,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220V的工作电压直接加在水管两端),则该水管的长度至少应设计为m(保留2位有效数字)。

例4(2023·辽宁卷,12)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图(a)所示的电路图,实验步骤如下:a.测得样品截面的边长a=0.20cm;b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动;c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40A,读出相应的电压表示数U,断开开关S;e.改变丙的位置,重复步骤