2024届高考物理一轮复习第八章恒定电流第3讲第2课时课标实验—测量金属丝的电阻率课件

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2．注意事项(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。(2)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在被测金属丝的两端。(3)测量被测金属丝的有效长度，是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的被测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。(4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。(5)闭合开关之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。
(6)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。(7)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，连线时要尽可能地通过较多的点，其余各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。3．误差分析(1)金属丝的直径测量、长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。(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)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。
一、基础考法保住分考查点(一)　实验原理与操作1．(2022·湖北荆州模拟)某同学欲测量一阻值大约为10 Ω，粗细均匀的金属丝的电阻率。实验桌上除游标卡尺、螺旋测微器、导线和开关外，还有以下器材可供选择：A．电源E(电动势为6.0 V)B．电压表V(量程0～6 V，内阻约为8 kΩ)C．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.05 Ω)E．滑动变阻器R1(最大阻值5 Ω，额定电流2 A)
(1)用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示，读数L＝________cm；用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示，读数D＝________mm。(2)测量金属丝的电阻时，为了便于调节，测量的尽可能准确，实验中所用电流表应选用________(填所选仪器前的字母符号)，选择合适的实验器材，在图丙方框内把实验原理图补充完成，把器材符号标在电路图上。(3)设测得金属丝的电阻为R，长度为L，直径为D，求得金属丝的电阻率为ρ＝________(用R、L、D三个物理量表述)。
答案：(1)0.6　0.6　左　(2)乙　(3)2.3　0.26
3．(2021·北京等级考)在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一金属丝的电阻。(1)该同学先用欧姆表“×1”挡粗测该金属丝的电阻，示数如甲所示，对应的读数是________Ω。
(2)除电源(电动势3.0 V，内阻不计)、电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)、开关、导线若干外，还提供如下实验器材：A．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)B．电流表(量程0～3.0 A，内阻约0.02 Ω)C．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)D．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，额定电流0.5 A)为了调节方便、测量准确，实验中电流表应选用______，滑动变阻器应选用________(选填实验器材前对应的字母)。
(3)该同学测量金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I，得到多组数据，并在坐标图上标出，如图乙所示。请作出该金属丝的U-I图线。根据图线得出该金属丝电阻R＝________Ω(结果保留小数点后两位)。
(4)用电流传感器测量通过定值电阻的电流，电流随时间变化的图线如图丙所示。将定值电阻替换为小灯泡，电流随时间变化的图线如图丁所示，请分析说明小灯泡的电流为什么随时间呈现这样的变化。
(3)将描出的点用直线连接，即可得U-I图线，如图所示：
[关键点拨] (1)利用图像进行数据处理时，要首先推导出纵、横坐标轴物理量的关系式。(2)用平滑的曲线进行连线，让尽量多的数据描点落在图线上；如果连线为直线，不能落在连线上的点应均匀分布在两侧，偏差太大的点应舍弃。(3)充分应用图像的斜率、截距等几何元素，并注意纵、横起始坐标是否为0。
二、创新考法不失分创新角度(一)　实验目的的创新1．一根细长均匀、内芯为绝缘材料的金属管线样品，横截面外缘为正方形，如图甲所示。此金属管线样品长约30 cm、电阻约10 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，因管芯绝缘材料截面形状不规则，无法直接测量其横截面积。请你设计一个测量管芯截面积S的电学实验方案，现有如下器材可选：A．毫米刻度尺B．螺旋测微器C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约为1.0 Ω)
D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)E．电压表V(量程0～3 V，内阻约为6 kΩ)F．滑动变阻器R1(2 kΩ，允许通过的最大电流0.5 A)G．滑动变阻器R2(10 Ω，允许通过的最大电流2 A)H．蓄电池E(电动势为6 V，内阻约为0.05 Ω)I．开关一个、带夹子的导线若干
(1)上述器材中，应该选用的电流表是________，滑动变阻器是________(填写选项前字母代号)。(2)若某次用螺旋测微器测得样品截面外缘正方形边长如图乙所示，则其值为________mm。(3)要求尽可能测出多组数据，你认为在图丙、丁、戊、己中选择哪个电路图_______。
(4)若样品截面外缘正方形边长为a、样品长为L、电流表示数为I、电压表示数为U，则计算内芯截面积的表达式为S＝________。
[创新点分析]　测量截面不规则导体的横截面积。
创新角度(二)　实验原理的创新2．某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：(1)螺旋测微器如图甲所示。在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)如图乙中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入如图丙所示实物电路中的正确位置。
(4)为测量Rx，利用图乙所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1-I1关系图像如图丁所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：请根据表中的数据，在图丁中作出U2-I2图像。
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
答案：(1)C　(2)不同　(3)见解析图甲　(4)见解析图乙　(5)23.5(23.0～24.0均可)
创新角度(三)　数据处理的创新3． 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度L，再用螺旋测微器测量金属丝的直径D。某次测量结果如图甲所示，则这次测量的读数D＝________mm。(2)用多用电表测得金属丝的阻值为3 Ω，现在使用电流表和电压表准确测量金属丝的阻值。为了安全、准确、方便地完成实验，除电源(电动势为4 V，内阻很小)、待测电阻丝、导线、开关外，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(选填器材前的字母)。
A．电压表V2(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)B．电压表V1(量程0～15 V，内阻约15 kΩ)C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约1 Ω)D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.02 Ω)E．滑动变阻器R1(总阻值10 Ω，额定电流2 A)F．滑动变阻器R2(总阻值100 Ω，额定电流2 A)(3)若采用图乙所示的电路测量金属丝的电阻，电压表的左端应与电路中的________点相连(选填“a”或“b”)。若某次测量中，电压表和电流表读数分别为U和I，请用上述直接测量的物理量(D、L、U、I)写出电阻率ρ的计算式：ρ＝________。
(4)若采用图丙的电路测量电阻率，图中的电流表内阻跟R0接近。闭合开关S，多次移动滑片P的位置改变电路中接入金属丝的有效长度，分别记录每次电流表的示数I和接入电路中金属丝的有效长度L。根据实验中所测的数据，作出的下列图像合理的是________。