【高考冲刺】2020届高考物理实验专项练习(四)实验：测量电阻丝的电阻率

2020届高考物理实验专项练习（四）实验：测量电阻丝的电阻率【知识点精炼】

1、长度的测量及测量工具的选用：游标卡尺，螺旋测微器

2、金属丝电阻率的测量：

（1）实验思路：电阻率

2 =

4

SR d R

l l

π

ρ=

（2）电路图：

3、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）采用伏安法测电阻丝的电阻时，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。【练习题】

1、某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ．步骤如下：

①用20分度的游标卡尺测量其长度如图1所示，可知其长度为 mm；

②用螺旋测微器测量其直径如图2所示，可知其直径为 mm；

③多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是×1Ω、×10Ω、×100Ω。用×10Ω

挡测量此金属丝的电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很大，为了较准确地进行测量，应换到______________挡。如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是______________。若补上该步骤后测量，表盘的示数如图，则该电阻的阻值是_______Ω。

2、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，步骤如下：

用20分度的游标卡尺测量其长度如图1，由图可知其长度为______mm；

2.用螺旋测微器测量其直径如图2，由图可知其直径为______mm；

3.该同学先用欧姆表粗测该圆柱体的阻值，选择欧姆档倍率“x100”后测得的阻值如图3表盘所示，测得的阻值约为______Ω，

4.导线的直径为d，长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则电阻率的表达式ρ______。

3、某同学测量一段粗细均匀电阻丝的电阻率，实验操作如下：

（1）用螺旋测微器测量该电阻丝的直径，如图甲所示的示数为

____________mm。

（2）用多用电表“1?"倍率的欧姆挡测量该电阻丝的阻值，如图乙所示的示数为_________Ω。

（3）用电流表（内阻约为5Ω）、电压表（内阻约为3kΩ）测量该电阻丝的阻值R，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，下列电路x

中符合要求的是______。

A. B.

C. D.

（4）用第（3）问中C选项的方法接入不同长度的电阻丝l，测得相应的阻值R，并作出了R l-图象，如图丙所示中符合实验结果的图线是_________（选填“a”"b"或“c”），该电阻丝电阻率的测量值___________（选填“大于”“小于”或“等于”）真实值。

4、实验探究小组要测量一个新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下：

(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为_________mm；

(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，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，表盘的示数如图丙，则该电阻的阻值约为_________Ω；

(4)为更精确地测量其电阻，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A

(量程0～3 mA，内阻约50 Ω)；

1

(量程0～15 mA，内阻约30 Ω)

电流表A

2

(量程0～3 V，内阻约10 kΩ)；

电压表V

1

(量程0～15 V，内阻约25 kΩ)

电压表V

2

(阻值范围0～15 Ω)；

滑动变阻器R

1

(阻值范围0～2 kΩ)

滑动变阻器R

2

直流电源E(电动势6V，内阻不计)；

开关S，导线若干

为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在虚线框中画出测量用的正确电路图，标明所用器材的代号,并完成实物连图。

5、在测量某金属丝电阻率的实验中，要求电压从零开始测量，并多测量几组数据．

实验次数…… 1 2 3 4 5 6

U/V ……0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 2.40

I/A ……0.18 0.24 0.31 0.37 0.43 0.49

(1) 请用笔画线代替导线，在图甲中完成实验的电路连接．

(2) 实验过程中，小明移动滑动变阻器的滑片，测量数据如表所示，请你描出金属丝的UI图象．

(3) 实验过程中，小明长时间保持电路闭合．从实验误差考虑，这样的操作不妥，这是因为________________________________________．

(4) 实验时，闭合开关前滑片应置于滑动变阻器的________(选填“左”或“右”)端；测量结束后，应先断开________，再拆除导线，最后整理好器材．6、在“测定金属导线的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻R

约为5Ω实

x

验室备有下列实验器材：

(量程3V，内阻约为15kΩ)

A．电压表V

1

(量程15V，内阻约为75kΩ)

B．电压表V

2

(量程3A，内阻约为0．2Ω)

C．电流表A

1

(量程0．6A，内阻约为1Ω)

D．电流表A

2

(0～20Ω，0．5A)

E．变阻器R

1

F．变阻器R

(0～2000Ω，0．1A)

2

G．电池E(电动势为3V，内阻约为0．3Ω)

H．开关S，导线若干

(1)为提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有

___________________，

(2)为减小实验误差，设计该实验的电路原理图，

(3)若用刻度尺测得金属导线长度为60.00cm，用螺旋测微器测得导线的直径为0.635mm，两电表的示数分别所示，电压表的读数为：________，电流表的读数为：________。则电阻值为________，电阻率为________．（结果保留两位有效数字）

7、某同学要测量一个由新材料制成的均匀圆柱形导体的电阻率，进行了如下操作：

（1）利用螺旋测微器测圆柱体直径d如图1所示，，则d＝________mm；

用20分度的游标卡尺测量其长度L如图2所示，则为L=________mm；

若已知此导体的电阻为R，则此新材料的电阻率表达式为ρ= （用R、d、L表示）

（2）用多用电表粗测该电阻步骤：

①机械调零后，将选择开关旋至电阻挡“×100”位置； ②将红、黑表笔短接欧姆调零；

③把红、黑表笔分别与材料的两端相接，发现指针偏转角度太大。为了较准确地进行测量，应将选择开关置于 （填×10或×1k ）的倍率，并重新进行_________，再进行测量，多用表示数如图所示，则其阻值为 Ω。 8、为了探究导体电阻与其影响因素的关系，某小组需要准确地测量一段粗细均匀的金属丝(x R )的电阻率,金属丝的电阻约为60Ω,实验电路如图所示。现有以下实验器材可供选择。

A.电流表1A ,量程为10mA,内阻150r =Ω

B.电流表2A ,量程为0.6A,内阻20.2r =Ω

C.电压表V,量程为6V,内阻3r 约为15kΩ

D.滑动变阻器R,最大阻值为15Ω,允许通过的最大电流为2A

E.定值电阻15R =Ω

F.定值电阻2500R =Ω

G.直流电源E,电动势为6V,内阻很小 H.开关一个,导线若干

(1)实验小组拟用伏安法测量金属丝的电阻,为准确测量,则电流表应选_________,定值电阻0R 应选_________。(选填实验器材编号)

(2)电压表的示数记为U,所选用电流表的示数记为I,则该金属丝的电阻的表达式x R =__________;若测得待测金属丝的长度为L,直径为D,则其电阻率的表达式为ρ=____________(表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示)。

答案以及解析

1答案及解析：

答案：①50.15mm ②4.699mm(4.698mm ，4.700mm) ③ ×1 电阻（欧姆）调零，18.0Ω（17.9Ω，17.8Ω） 解析： 1.由图甲所示可知，游标卡尺主尺示数为5cm ，游标尺示数为

3×0.05mm=0.15mm=0.015cm ，游标卡尺示数为5cm+0.015cm=5.015cm=50.15mm ； 2.由图乙所示可知，螺旋测微器固定刻度示数为4.5mm ，游标尺示数为20.0×0.01mm=0.200mm，螺旋测微器示数为4.5mm+0.200mm=4.700mm ； 3. 用×10Ω挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很大，说明所选挡位太大，为了较准确地进行测量，应换到×1Ω挡。如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是欧姆调零；由图是表盘可知，欧姆表示数为18×1Ω=18Ω.

故答案为：×1Ω；欧姆调零；18Ω.

2答案及解析：

答案：(1).50.15 (2). 4.698 (3). 700 (4). 2πd 4U

IL

解析：(1)游标卡尺是20分度的卡尺，其分度值为0.05mm 则图示读数为：50mm +3×0.05mm=50.15mm

(2)螺旋测微器的固定刻度为4.5mm ，可动刻度为19.8×0.01mm=0.198mm 所以最终读数为4.5mm +19.8×0.01mm=4.698mm(4.697mm ～4.699mm 均正确) (3)表盘的读数为7，所以导电玻璃的电阻约为7×100Ω=700Ω。 (4)根据电阻定律可得：x L R S

ρ=

圆柱体导体材料的横截面积：

2

π

2

d S

??

?

??=

根据欧姆定律可得：

x U

R

I

=

联立可得金属电阻率：

2

π

4

d U

IL ρ=

3答案及解析：

答案：(1)2.819~2.821

(2)7

(3)D

(4)a；等于

解析：

4答案及解析：

答案：(1)50.15;

(2)4.700(4.698～4.702);

(3)220;

(4)

解析：(1)游标卡尺的读数为：主尺+游标尺=50mm+3×0.05mm=50.15mm；

(2)螺旋测微器的读数为：主尺+半毫米+转筒读数=4+0.5+19.9×0.01=4.699mm；

(3)欧姆表的读数为：示数×倍率=22×10=220Ω；

(4)如图,电压表用15V的指针偏角太小,所以用电压表V

1

,由电动势和电阻的值

知电流最大为十几毫安,所以用电流表A

2

,滑动变阻器用小阻值的,便于调节,所

以用滑动变阻器R

1

、电流表外接、滑动变阻器分压式接法.

5答案及解析：

答案： (1)

(2)

(3) 长时间通电，电阻丝发热，温度升高，电阻变化，电阻率变化

(4) 左 ; 开关

解析：(1)实验要求电压从零开始测量，滑动变阻器应采用分压接法，实物电路图如图所示：

(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象如图所示：

(3)电阻的电阻率受温度影响，会随温度变化而变化，实验过程如果长时间保持电路闭合，电阻丝长时间发生，电阻丝温度升高，电阻率发生变化，因此实验过程不能长时间使电路保持闭合。

(4)滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于滑动变阻器的左端；测量结束后，应先断开开关，再拆除导线，最后整理好器材。

6答案及解析：

答案：1.ADEGH ；

2.

；

3.1.20V；0.50A；2.4Ω；1.3x10-6 Ω.m

解析： (1)伏安法测电阻,

需要:G 、电池E(电动势为3V,内阻约为0.3Ω,H、开关S,导线若干;电源电动势是3V,因此电压表可选:A 、电压表1V (量程3V,内阻约为15kΩ),

电路最大电流约为: 3

0.65

E I A R =

==,如果选用量程是3A 的电流表,电流表指针偏转角度不到电表刻度的三分之一,为提高实验精度,电流表可选:D.电流表2V (量程600mA ,内阻约为1Ω);

为方便实验操作,滑动变阻器应选:E 、变阻器1R (0～20 Ω，0．5 A); 即需要的实验器材有:ADEGH; (2)

3000,5V A

R R R R ==,电流表应选择外接法,因此实验电路应设计成：

链接实物图如下：

（3）从图中可以读出电压表的读数为：1.20V 电流表的读数为：0.50A ，所以待测电阻的阻值为： 1.20

2.40.50

U R I ===Ω 由电阻定律： L R S

ρ

= 代入数据得： 61.310m ρ-=?Ω

7答案及解析：

答案：1.705 11.50 24d R

l

π(2) ×10 欧姆调零 80

解析：1.测微器的读数为：主尺读数+螺旋尺读数×分度值 游标卡尺的公式：读数=主尺+1/分度×对齐的条数。

待测圆柱体的横截面积：2

2d S π??

???

=

根据电阻定律可得：l R S

ρ

= 联立可得圆柱体的电阻率：24d R

l

πρ=

2.调零需将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使欧姆表指针对准电阻的0刻线处，

把红、黑表笔分别与材料的两端相接，此时多用电表的示数如图2所示，档位选择“×10”挡，换挡后需重新进行欧姆调零后，再进行测量。

8答案及解析： 答案：(1)1A ;1R

(2)

1111()()R U Ir I R r -+;1111π()

4()

DR U Ir LI R r -+

解析：(1)电源的电动势为6V,所以电路中的最大电流为6V

100mA 60x E I R =

==Ω

,则电流表1A 量程太小,电流表2A 量程又太大,所以应对电流表进行改装,则可以将量程为10mA 的电流表1A 与定值电阻1R 并联,改装后电流表的量程为

10mA 5010mA 110mA 5?Ω

+

=Ω

。

(2)通过金属丝的电流111

11R Ir R r I I I R R +=+

=,金属丝两端的电压为1x R U U Ir =-,由欧姆定律可得金属丝的电阻1111()()x x

R x R U R U Ir R I I R r -=

=

+;由电阻定律x L

R S

ρ=和金属丝的横

截面积2

π4

D S =,可得1111π()4()DR U Ir LI R r ρ-=+。