2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)课件-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第九章电路及其应用实验原理实验操作注意事项1.由R=ρ得ρ=,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ρ。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=。1.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0~0.6

A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=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=。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。目

录CONTENTS考点01限时作业02考点1考点二创新拓展实验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50

cm。 (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)。

考点一教材原型实验答案

0.396解析

根据螺旋测微器的读数规则可知金属丝的直径为d=0+39.6×0.01

mm=0.396

mm。(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。答案

见解析图解析

根据题意可知滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,电路连接如图所示。(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)。

答案

见解析图4.4解析

根据表格中的数据描点连线(舍弃明显偏离的点),如图所示。

(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为____________。

A.1×10－2

Ω·m B.1×10－3

Ω·mC.1×10－6

Ω·m D.1×10－8

Ω·m答案

C

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0~16

V);

滑动变阻器(最大阻值10

Ω,额定电流2

A);

电压表V(量程3

V,内阻未知);

电流表A(量程3

A,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。

答案

2.450解析

根据螺旋测微器的读数规则可知,其读数为d=2

mm+45.0×0.01

mm=2.450

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。

答案

1

解析

由于电压表示数变化更明显,说明电流表分压较多,因此电流表应采用外接法,即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1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1.70

Ω。

答案

1.92

(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68

mm、60.78

mm。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。

答案

大于

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=0.07

m和高h=0.03

m。考点二创新拓展实验(2)现有实验器材:电流表(量程300

μA,内阻RA=2

500

Ω)、电压表(量程3

V或15

V,内阻未知)、直流电源(3

V)、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。解析

由于电流表内阻已知,则电流表的分压可以求出,故电流表采用内接法,又电源电动势为3

V,则电压表应以3

V量程接入电路,电路连接如图所示。答案

见解析图(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。

答案

kdh高(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8.0×10－3

m的水管。若人体的安全电流为1.0×10－3

A,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220

V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)。

答案

0.46

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=0.20

cm;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=0.40

A,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c、d,测量多组L和U,作出U－L图像如图(b)所示,得到直线的斜率k。回答下列问题:(1)L是丙到____________(填“甲”“乙”或“丁”)的距离。

解析

由题图(a)可知,电压表测的是乙、丙探针之间的样品两端的电压,从题图(b)中可以看出L越大,电压表示数U越大,且U－L图像的延长线过坐标原点,在串联电路中电压表所测部分的电阻阻值越大,电压越大,说明L为电压表所测样品部分的长度,即L是丙到乙的距离。答案

乙

(2)写出电阻率的表达式ρ=____________(用k、a、I表示)。

(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=_________Ω·m(保留2位有效数字)。

答案

6.5×10－5限时作业21.(2025·广西南宁模拟)设计如图甲所示的电路图来测量金属丝的电阻率,按图甲连接电路,闭合开关,调节滑动变阻器,设计表格,记录多组电压、电流值,根据实验数据绘制I－U图像,由图线的斜率得出金属丝的阻值R,根据测得的金属丝长度、直径和阻值来计算金属丝的电阻率。回答下列问题:(1)按照图甲所示的实验原理电路图用笔代替导线把图乙的实物图连线补充完整。(2)用游标卡尺测此金属丝的长度,示数如图丙所示,则长度L=_________

mm,实验完成后绘制的I－U图像如图丁所示,则该金属丝的电阻R=_______________(用a、b来表示)。

(3)若金属丝的直径为d,则电阻率为ρ=____________(用a、b、L、d来表示)。

2.(2025·四川蓉城名校联盟模拟)某学习小组欲测量由某种新材料制成的电热丝的电阻率ρ。(1)用毫米刻度尺测出电热丝的长度为L=50.00

cm。(2)用螺旋测微器测量电热丝不同位置的直径,某次测量的示数如图(a)所示,该读数为d=_________

mm。多次测量后,得到直径的平均值恰好与d相等。

(3)用多用电表粗略测量电热丝的电阻Rx约为50

Ω。(4)为精确测量该电热丝的电阻Rx,设计了如图(b)所示的实验电路图。现有实验器材:电池组E,电动势为15

V,内阻忽略不计;电压表V(量程为3

V,内阻为RV=3

kΩ);电流表A(量程为0.3

A,内阻比较小);定值电阻R0(阻值可选用6

kΩ和9

kΩ);滑动变阻器R,最大阻值为10

Ω;开关、导线若干。①要求电热丝两端的电压可在0~12

V的范围内连续可调,应选用阻值为______________(选填“6

kΩ”或“9

kΩ”)的定值电阻R0;

②闭合开关S前,滑动变阻器R的滑片应置于____________(选填“a”或“b”)端;

③闭合开关S,调节滑动变阻器R,使电压表V和电流表A的示数尽量大些,读出此时电压表V和电流表A的示数分别为U、I,则该电热丝电阻的表达式为Rx=____________(用U、I、R0、RV表示,不得直接用数值表示);

④多次测量得到电热丝的电阻Rx的平均值为50

Ω。(5)由以上数据可估算出该电热丝的电阻率ρ约为_________(填标号)。

A.4×10－3

Ω·m B.4×10－5

Ω·mC.4×10－7

Ω·m D.4×10－9

Ω·m

3.在测量金属丝的电阻率的实验中,选择一根粗细均匀的合金丝来进行测量。 (1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧图甲所示的部件____________(选填“A”“B”“C”或“D”),合金丝的直径的测量值为____________mm。

(2)某次测量中,若测出合金丝接入电路部分的长度为L,直径为d,合金丝两端电压为U,电流为I,则该合金丝电阻率的表达式ρ=____________(用上述字母和通用数学符号表示)。

(3)在本实验中,为了减少实验过程中的偶然误差,在物理量测量时都进行了多次测量。伏安法测电阻时,要用每一组的电压值与电流值求电阻,然后求电阻的平均值。如果将电压值和电流值分别求平均值,然后再用它们的平均值来计算电阻,这样计算____________(选填“正确”或“不正确”)。

(4)利用测出的电阻率可以帮助我们解决实际问题。有一根细长而均匀的该金属材料管线样品,其截面为外方内圆,如图乙所示。正方形边长为a,而管线内径d'太小无法直接测量。已知此样品长度为L',电阻率为ρ'。为了测出内径d',有位同学想出一个方法,他只测出了电阻R',就计算出了内径d',请写出内径d'的计算式d'=____________。

4.(2025·广东江门模拟)纯净水的电导率(电阻率的倒数)是检验纯净水是否合格的一项重要指标。某学习小组通过实验检测某品牌的纯净水的电导率是否合格,具体实验步骤如下: (1)该小组将采集的水样注满绝缘性能良好的薄塑料圆柱形容器,容器两端用很薄的金属圆片电极密封,金属圆片的电阻不计,容器长度为L。(1)利用螺旋测微器测量该容器的直径d,如图甲所示,其读数为_________mm。

(2)利用如图乙所示的电路测量水样的电导率(水样的电阻Rx约为1

000

Ω)。实验室提供的器材有干电池2节,滑动变阻器R,开关S和若干导线之外,还提供了如下电表:A.电压表(0~3

V,内阻约为1

kΩ)B.电压表(0~15

V,内阻约为2.5

kΩ)C.电流表(0~3

mA,内阻约为40

Ω)D.电流表(0~0.6

A,内阻约为1

Ω)①电压表应选____________,电流表应选____________(选填器材的字母序号)。

②请根据图乙在图丙中用黑色笔迹代替导线把实物连接图补