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新教材适用2024版高考物理一轮总复习第9章恒定电流实验12测量金属丝的电阻率课件
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这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第9章恒定电流实验12测量金属丝的电阻率课件，共43页。PPT课件主要包含了实验知识·自主回顾，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，长度l，螺旋测微器，外接法，27×10－6，3～65，不存在，～20Ω等内容，欢迎下载使用。
实验十二 测量金属丝的电阻率
1.实验原理(如图所示)
2．实验器材被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～50 Ω)，开关，导线若干，_______________，毫米刻度尺。
3．实验步骤(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。(4)把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值______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、U的值，记录在表格内。(6)将测得的Rx、l、d值，代入公式R＝___和S＝___中，计算出金属丝的电阻率。
5．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______真实值，使电阻率的测量值______。(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___，造成测量误差。
6．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_________。(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______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。
(2023·山东高三月考)在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表V1(量程0～3 V，内阻约为15 kΩ)B．电压表V2(量程0～15 V，内阻约为75 kΩ)C．电流表A1(量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表A2(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)E．滑动变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)F．滑动变阻器R2(0～2000 Ω，0.1 A)G．电池组E(电动势为3 V，内阻很小)H．开关S，导线若干
(1)为减小实验误差，电流表应选用___，电压表应选用___，滑动变阻器应选用___(填器材前面的序号)；(2)为减小实验误差，应选用如图中___(选填“甲”或“乙”)实验的电路原理图。
(3)用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图，则金属丝的直径为_________________________ mm，电流表的示数为____________ A，电阻值为_________ Ω(此空保留2位有效数字)，金属丝电阻率约为__________________ Ω·m(此空保留3位有效数字)。
0.637(0.636～0.638可)
[解析](1)电源电动势为3 V，电压表可选：A.电压表V1(量程3 V，内阻约为15 kΩ)，电路最大电流约为I＝＝A＝0.6 A，电流表可选：D.电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 Ω)；为保证安全方便实验操作，滑动变阻器应选：E.变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)；(2)待测电阻阻值约为5 Ω，电压表内阻约为15 kΩ，电流表内阻约为1 Ω，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应选择外接法，因此实验电路应选图乙所示电路；
〔变式训练1〕 (2023·湖南长郡中学高三阶段练习)寒冷的冬天，南方部分老年人喜欢用电热毯取暖(如图甲)。某学习小组同学对电热毯发热非常好奇，他们设计了一个实验测出电热毯加热材料的电阻率。从说明书上找到电热毯的内部结构如图乙所示，其电热材料左右对称分布(左右两侧电热材料的电阻在电路中是并联关系)，每边有10根横向回折。(1)这种物质表面镀了一层绝缘膜，其厚度不计，他们先用螺旋测微器测出加热材料的直径如图丙所示，则其直径d＝_______________ mm；
(2)然后用伏安法测电热毯的电阻，在电热毯的入口端引出两个接线柱A、B，先用欧姆表粗测其电阻约为300 Ω，再将其接入测量电路。在实验室里科技老师给他们提供了以下实验器材：A．电流表A1(量程0～100 mA，r1＝10 Ω)；B．电流表A2(量程0～120 mA，r2≈50 Ω)；C．电压表V(量程0～15 V，r3＝20 kΩ)；D．滑动变阻器R1(0～10 Ω)；E．滑动变阻器R2(0～100 Ω)；F．定值电阻R3＝290 Ω；G．定值电阻R4＝2 990 Ω；H．稳压电源30 V，内阻不计；I．开关一个，导线若干。
为了尽可能精确地测量该导电体的电阻，既要求电表的读数不超过表盘的最大刻度，又要求读数最大值可达到满刻度的三分之二以上，请你回答以下问题。①要更好地调节且满足要求地测定其电阻，则滑动变阻器选择___；(填器材前的字母标号)②设计一个满足要求的实验电路图，画在线框内(注意标注代号，电热毯用Rx表示)； [答案] 见解析
③若测出的电阻为Rx，则其电阻率为ρ＝__________ (用d、L1、L2、Rx表示)。[解析](1)螺旋测微器读数6 mm＋20.0×0.01 mm＝6.200 mm。(2)①粗测其电阻约为300 Ω，大于滑动变阻器总阻值，采取分压式接法，滑动变阻器选择较小的D；②由于稳压电源电压30 V，因此电压表量程不合适，故采用双安法，电路图如图：
(2023·黑龙江汤原县模拟预测)某同学利用图甲电路测量自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右侧活塞固定，左侧活塞可自由移动，实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻不可忽略)两个完全相同的电流表A1、A2(量程为0～3 mA，内阻不计)电阻箱R(最大阻值9 999 Ω)定值电阻R0(可供选择的阻值有100 Ω、1 kΩ、10 kΩ)开关S，导线若干，刻度尺。
实验步骤如下：A．测得圆柱形玻璃管内径d＝20 mmB．向玻璃管内注自来水，并用刻度尺测量水柱长度LC．连接好电路，闭合开关S，调整电阻箱阻值，读出电流表A1、A2示数分别记为I1、I2，记录电阻箱的阻值RD．改变玻璃管内水柱长度，多次重复实验步骤B、C，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值RE．断开S，整理好器材
(1)为了较好地完成该实验，定值电阻R0应选__________的电阻。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式Rx＝__________(用R0、R、I1、I2表示)。(3)若在上述步骤C中每次调整电阻箱阻值，使电流表A1、A2示数均相等，利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图乙所示的R－L关系图像，则自来水的电阻率ρ＝______ Ω·m(保留2位有效数字)，在用本实验方法测电阻率时，若电流表内阻不能忽略，则自来水电阻率测量值与上述测量值相比将______(填“偏大”“不变”或“偏小”)。
1.(2023·河北模拟预测)某实验小组要测量某金属丝的电阻率。(1)先用如图甲所示的螺旋测微器测量金属丝的直径，从调节到读数的过程中，螺旋测微器上三个部件A、B、C使用的先后顺序应该为C、___、___、C(填字母)；测量的示数如图乙所示，测得该金属丝的直径d＝__________mm。
(2)要测量金属丝的电阻，实验室提供了如下器材：电源E(电动势为3 V，内阻r约为1 Ω)；电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1约为1 Ω)；电流表A2(量程为0～300 mA，内阻r2＝5 Ω)；最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R0；开关S，导线若干。请根据实验室提供的器材，同时尽可能减小实验误差，请在丙图方框内画出设计合理的电路图。[答案] 见解析
(3)通过正确操作，调节滑动变阻器测出多组电流表A1、A2的示数I1、I2，作出I1－I2图线，求出待测电阻值Rx＝______________ Ω。(结果保留2位有效数字)。实验测得的电阻率_________(填“存在”或“不存在”)因电流表的内阻引起的系统误差。
[解析](1)用螺旋测微器测量金属丝的直径时，从调节到读数的过程中，应先打开锁紧装置C，然后将金属丝置于测砧与测微螺杆之间，之后调节旋钮B进行粗调，当测微螺杆快靠近金属丝时，改为调节微调旋钮A，当听到“喀喀”声时停止，然后读数，读数完毕后，再将锁紧装置C关闭，故使用的先后顺序应该为CBAC。螺旋测微器读数为0.5 mm＋39.6×0.01 mm＝0.896 mm。
(2)由于无电压表，电流表A2内阻确定，并与待测电阻阻值接近，与之并联，当电压表使用。因此电路图为解得R＝6.3 Ω，由于测电阻时考虑了电表的内阻，因此不存在因电流表的内阻引起的系统误差。
2．(2022·广东卷)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：(1)装置安装和电路连接；如图(a)所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。
(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2，电压表的示数_______(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝______(用I1、I2和U表示)。④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值____(选填“有”或“无”)影响。(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx－L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为_____________ cm，即为机械臂弯曲后的长度。
(1)在实验中使用的是_________________(选填“0～20 Ω”或“0～200 Ω”)的滑动变阻器。(2)在某次测量时，电压表的指针位置如图3所示，则读数U＝_____________ V。(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10－8 m2，则合金丝甲的电阻率为________________Ω·m(结果保留2位有效数字)。(4)图2中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲
实验十二 测量金属丝的电阻率
1.实验原理(如图所示)
2．实验器材被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～50 Ω)，开关，导线若干，_______________，毫米刻度尺。
3．实验步骤(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。(4)把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值______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、U的值，记录在表格内。(6)将测得的Rx、l、d值，代入公式R＝___和S＝___中，计算出金属丝的电阻率。
5．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______真实值，使电阻率的测量值______。(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___，造成测量误差。
6．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_________。(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______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。
(2023·山东高三月考)在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表V1(量程0～3 V，内阻约为15 kΩ)B．电压表V2(量程0～15 V，内阻约为75 kΩ)C．电流表A1(量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表A2(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)E．滑动变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)F．滑动变阻器R2(0～2000 Ω，0.1 A)G．电池组E(电动势为3 V，内阻很小)H．开关S，导线若干
(1)为减小实验误差，电流表应选用___，电压表应选用___，滑动变阻器应选用___(填器材前面的序号)；(2)为减小实验误差，应选用如图中___(选填“甲”或“乙”)实验的电路原理图。
(3)用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图，则金属丝的直径为_________________________ mm，电流表的示数为____________ A，电阻值为_________ Ω(此空保留2位有效数字)，金属丝电阻率约为__________________ Ω·m(此空保留3位有效数字)。
0.637(0.636～0.638可)
[解析](1)电源电动势为3 V，电压表可选：A.电压表V1(量程3 V，内阻约为15 kΩ)，电路最大电流约为I＝＝A＝0.6 A，电流表可选：D.电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 Ω)；为保证安全方便实验操作，滑动变阻器应选：E.变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)；(2)待测电阻阻值约为5 Ω，电压表内阻约为15 kΩ，电流表内阻约为1 Ω，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应选择外接法，因此实验电路应选图乙所示电路；
〔变式训练1〕 (2023·湖南长郡中学高三阶段练习)寒冷的冬天，南方部分老年人喜欢用电热毯取暖(如图甲)。某学习小组同学对电热毯发热非常好奇，他们设计了一个实验测出电热毯加热材料的电阻率。从说明书上找到电热毯的内部结构如图乙所示，其电热材料左右对称分布(左右两侧电热材料的电阻在电路中是并联关系)，每边有10根横向回折。(1)这种物质表面镀了一层绝缘膜，其厚度不计，他们先用螺旋测微器测出加热材料的直径如图丙所示，则其直径d＝_______________ mm；
(2)然后用伏安法测电热毯的电阻，在电热毯的入口端引出两个接线柱A、B，先用欧姆表粗测其电阻约为300 Ω，再将其接入测量电路。在实验室里科技老师给他们提供了以下实验器材：A．电流表A1(量程0～100 mA，r1＝10 Ω)；B．电流表A2(量程0～120 mA，r2≈50 Ω)；C．电压表V(量程0～15 V，r3＝20 kΩ)；D．滑动变阻器R1(0～10 Ω)；E．滑动变阻器R2(0～100 Ω)；F．定值电阻R3＝290 Ω；G．定值电阻R4＝2 990 Ω；H．稳压电源30 V，内阻不计；I．开关一个，导线若干。
为了尽可能精确地测量该导电体的电阻，既要求电表的读数不超过表盘的最大刻度，又要求读数最大值可达到满刻度的三分之二以上，请你回答以下问题。①要更好地调节且满足要求地测定其电阻，则滑动变阻器选择___；(填器材前的字母标号)②设计一个满足要求的实验电路图，画在线框内(注意标注代号，电热毯用Rx表示)； [答案] 见解析
③若测出的电阻为Rx，则其电阻率为ρ＝__________ (用d、L1、L2、Rx表示)。[解析](1)螺旋测微器读数6 mm＋20.0×0.01 mm＝6.200 mm。(2)①粗测其电阻约为300 Ω，大于滑动变阻器总阻值，采取分压式接法，滑动变阻器选择较小的D；②由于稳压电源电压30 V，因此电压表量程不合适，故采用双安法，电路图如图：
(2023·黑龙江汤原县模拟预测)某同学利用图甲电路测量自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右侧活塞固定，左侧活塞可自由移动，实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻不可忽略)两个完全相同的电流表A1、A2(量程为0～3 mA，内阻不计)电阻箱R(最大阻值9 999 Ω)定值电阻R0(可供选择的阻值有100 Ω、1 kΩ、10 kΩ)开关S，导线若干，刻度尺。
实验步骤如下：A．测得圆柱形玻璃管内径d＝20 mmB．向玻璃管内注自来水，并用刻度尺测量水柱长度LC．连接好电路，闭合开关S，调整电阻箱阻值，读出电流表A1、A2示数分别记为I1、I2，记录电阻箱的阻值RD．改变玻璃管内水柱长度，多次重复实验步骤B、C，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值RE．断开S，整理好器材
(1)为了较好地完成该实验，定值电阻R0应选__________的电阻。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式Rx＝__________(用R0、R、I1、I2表示)。(3)若在上述步骤C中每次调整电阻箱阻值，使电流表A1、A2示数均相等，利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图乙所示的R－L关系图像，则自来水的电阻率ρ＝______ Ω·m(保留2位有效数字)，在用本实验方法测电阻率时，若电流表内阻不能忽略，则自来水电阻率测量值与上述测量值相比将______(填“偏大”“不变”或“偏小”)。
1.(2023·河北模拟预测)某实验小组要测量某金属丝的电阻率。(1)先用如图甲所示的螺旋测微器测量金属丝的直径，从调节到读数的过程中，螺旋测微器上三个部件A、B、C使用的先后顺序应该为C、___、___、C(填字母)；测量的示数如图乙所示，测得该金属丝的直径d＝__________mm。
(2)要测量金属丝的电阻，实验室提供了如下器材：电源E(电动势为3 V，内阻r约为1 Ω)；电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1约为1 Ω)；电流表A2(量程为0～300 mA，内阻r2＝5 Ω)；最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R0；开关S，导线若干。请根据实验室提供的器材，同时尽可能减小实验误差，请在丙图方框内画出设计合理的电路图。[答案] 见解析
(3)通过正确操作，调节滑动变阻器测出多组电流表A1、A2的示数I1、I2，作出I1－I2图线，求出待测电阻值Rx＝______________ Ω。(结果保留2位有效数字)。实验测得的电阻率_________(填“存在”或“不存在”)因电流表的内阻引起的系统误差。
[解析](1)用螺旋测微器测量金属丝的直径时，从调节到读数的过程中，应先打开锁紧装置C，然后将金属丝置于测砧与测微螺杆之间，之后调节旋钮B进行粗调，当测微螺杆快靠近金属丝时，改为调节微调旋钮A，当听到“喀喀”声时停止，然后读数，读数完毕后，再将锁紧装置C关闭，故使用的先后顺序应该为CBAC。螺旋测微器读数为0.5 mm＋39.6×0.01 mm＝0.896 mm。
(2)由于无电压表，电流表A2内阻确定，并与待测电阻阻值接近，与之并联，当电压表使用。因此电路图为解得R＝6.3 Ω，由于测电阻时考虑了电表的内阻，因此不存在因电流表的内阻引起的系统误差。
2．(2022·广东卷)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：(1)装置安装和电路连接；如图(a)所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。
(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2，电压表的示数_______(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝______(用I1、I2和U表示)。④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值____(选填“有”或“无”)影响。(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx－L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为_____________ cm，即为机械臂弯曲后的长度。
(1)在实验中使用的是_________________(选填“0～20 Ω”或“0～200 Ω”)的滑动变阻器。(2)在某次测量时，电压表的指针位置如图3所示，则读数U＝_____________ V。(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10－8 m2，则合金丝甲的电阻率为________________Ω·m(结果保留2位有效数字)。(4)图2中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲
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