高考物理一轮复习第9章实验11测量金属丝的电阻率课件

这是一份高考物理一轮复习第9章实验11测量金属丝的电阻率课件，共60页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，实验类型·全突破，答案49，答案8，答案见解析图，答案不能等内容，欢迎下载使用。

类型一 教材原型实验　师生共研
[典例1]　(2022·山东济南市模拟)小明和同学们在实验室测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率，可供使用的器材如下： A．待测金属丝Rx B．电流表A1，量程为0.6 A，内阻约0.6 Ω C．电流表A2，量程为3 A，内阻约0.12 Ω D．电压表V1，量程为15 V，内阻约15 kΩ E．电压表V2，量程为3 V，内阻约3 kΩ
F．滑动变阻器R，全电阻约20 Ω G．直流电源E，电动势为3 V，内阻不计 H．多用电表 I．毫米刻度尺 J．开关S及导线若干
实验步骤如下： (1)首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度l＝50.00 cm，再利用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图甲所示，则金属丝直径的测量值d＝________ mm。
　　甲　　　　 　乙
[解析]　金属丝直径的测量值为d＝0 mm＋36.0×0.01 mm＝0.360 mm。
[答案]　0.360(或0.361)　
(2)用多用电表粗略测量金属丝的电阻，机械调零后将选择开关拨到“×1 Ω”挡；将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使________；将红、黑表笔接在金属丝两端，多用电表指针指示如图乙所示，则金属丝电阻值为________ Ω。
[解析]　将选择开关拨到“×1 Ω”挡；将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使表针指到0 Ω处；将红、黑表笔接在金属丝两端，金属丝电阻值为Rx＝6.0×1 Ω＝6.0 Ω。
[答案]　表针指到0 Ω处　6.0　
(3)老师要求电表示数从零开始且尽可能地多测几组数据，比较精确地测量金属丝的电阻，经过讨论他们连接了如图丙所示的电路，①电路有几条线没有连接，请你帮助他们完成电路连接；②电路中所选电流表为________(填“A1”或“A2”)，所选电压表为___(填“V1”或“V2”)。
[解析]　要求“电表示数从零开始且尽可能地多测几组数据”，则滑动变阻器应采用分压式接法，待测金属丝的阻值较小，电流表应采用外接法，连线如图所示。电源电动势为3 V，电压表选用V2，待测金属丝的电阻约为6 Ω，流过电流表的最大电流约为0.5 A，电流表选用A1。
[答案]　电路图见解析图　A1　V2　
(4)实验过程中，小明使滑动变阻器的滑片分别处于不同的位置，并依次记录两电表的测量数据，在坐标纸上描点作出如图丁所示的U-I图像，则金属丝的电阻Rx＝________ Ω(结果保留2位有效数字)。
(5)实验测得金属丝的电阻率ρ＝________ Ω·m(结果保留2位有效数字)。实验过程中，如果长时间保持电路闭合，这样的操作会使电阻率的测量结果________(填“偏大”或“偏小”)。
[答案]　1.0×10－6　偏大
[跟进训练] 1．(2022·河南省六市第一次联考)某同学测量一段长为L＝1 m的圆柱形金属丝的电阻率。实验过程如下： (1)螺旋测微器的构造如图甲所示。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损坏。测量的结果如图乙所示，则金属丝的直径d＝________ mm。
甲　　　　　　　　　　　乙
[解析]　为保护螺旋测微器，将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动微调旋钮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。固定部分读数为1.5 mm，转动部分读数为31.1×0.01 mm＝0.311 mm，故读数为1.5 mm＋0.311 mm＝1.811 mm。
[答案]　C　1.811(1.810～1.812均正确)　
(2)该同学先用欧姆表粗测金属丝的电阻，将选择开关调节到“×1 Ω”，调节好欧姆表，测得金属丝的电阻示数如图丙所示，则金属丝的电阻Rx＝________ Ω。
[解析]　欧姆表读数为表盘示数乘以倍率，则欧姆表示数为8×1 Ω＝8 Ω。
(3)为了精确测量金属丝的电阻值，实验室提供的器材如下： A．电流表G，满偏电流3 mA，内阻Rg＝150 Ω B．电流表A，量程为0.6 A，内阻约为0.5 Ω C．电阻箱R0(0～9 999.9 Ω) D．滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω) E．滑动变阻器R2(最大阻值100 Ω) F．电源E(电动势4.5 V，内阻很小) G．开关S和若干导线
把电流表G与电阻箱串联改装成电压表使用，最大测量电压为4.5 V，则电阻箱的阻值应调为R＝________ Ω，请在图丁所示的方框内画出测量电阻的实验电路图(要求待测电阻两端电压能从零开始。请在图中标出所用器材的符号)。
[解析]　将电流表G与电阻箱串联改装成量程为0～4.5 V 的电压表，而电流表G内阻Rg＝150 Ω，满偏电流Ig＝3 mA，所以改装后的电压表的内阻为RV＝ ＝1 500 Ω，由于电流表G的内阻Rg＝150 Ω，因此电阻箱的阻值应调为R0＝1 500 Ω－150 Ω＝1 350 Ω。由题意要求可知，电压从零开始变化，并要 多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接 法，被测电阻阻值较小，跟电流表内阻接近， 所以用电流表外接法，电路图如图所示。
[答案]　1 350　见解析图　
(4)调节滑动变阻器，测得多组电流表G和电流表A的示数I1与I2，作出I1-I2图像(I1、I2的单位均为安培)，测得图像的斜率为0.005 2，则被测电阻的阻值Rx＝________ Ω，由此测得金属丝的电阻率ρ＝________ Ω·m(π取3.14，要使测量结果尽量准确，结果均保留3位有效数字)。
[答案]　7.84　2.02×10－5
2．(2022·福建莆田模拟)某同学利用实验室的器材研究一粗细均匀的导体棒(约为4 Ω)的电阻率。 电压表V(量程15.0 V，内阻约1 kΩ) 电流表A(量程0.6 A，内阻RA＝0.4 Ω) 定值电阻R0(阻值R0＝20.0 Ω) 滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω) 学生电源E(电动势20 V) 开关S和若干导线。
(1)如图甲所示，用螺旋测微器测得导体棒的直径为________ mm；如图乙所示，用游标卡尺测得导体棒的长度为________ cm。
甲　　　　　　　　　乙　
[解析]　螺旋测微器的读数等于4.5 mm＋0.01×12.0 mm＝4.620 mm；游标卡尺为10分度，精确度为0.1 mm，游标上的第5格与主尺对齐，故读数为101 mm＋5×0.1 mm＝101.5 mm＝10.15 cm。
[答案]　4.620(4.619～4.621)　10.15　
(2)请根据提供的器材，在图丙所示的方框中设计一个实验电路，尽可能精确地测量金属棒的阻值。
丙　　　　　　　　　　　　丁
[解析]　要求尽可能精确地测量金属棒的阻值，而滑动变阻器的总阻值较小，则用分压式可以多测几组数据；电压表的量程为15 V，则待测电阻的电流最大为 ，则0.6 A的电流表量程太小，不安全，而电流表内阻已知，且有定 值电阻，则可以用电流表与定值电阻串联，定值电 阻能分部分电压且能精确地得到待测电阻阻值， 而电流表选择内接法可以消除系统误差，故电路 图如图所示。
(3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电表的示数从零开始，根据实验数据选择合适标度描点，在方格纸上作图(如图丁)，通过分析可得导体棒的电阻Rx＝________ Ω(保留1位小数)，再根据电阻定律即可求得电阻率。从系统误差的角度分析，电阻R测________(选填“>”“<”或“＝”)R真。
[解析]　根据伏安法可知RA＋R0＋Rx＝ ＝25 Ω，解得Rx＝25 Ω－RA－R0＝4.6 Ω；因电流表用内接法，且电流表的内阻和定值电阻的阻值已知，则两者分压的系统误差可以消除，则电阻的测量值等于真实值。
[答案]　4.6　＝　
(4)若将该导体棒制作成一等边三角形工件PQM(不改变导体棒横截面积与总长度)，与一电源(E＝9 V，r＝1 Ω)、一电动机M(P额＝6 W，U额＝6 V)和开关S连成回路(如图戊)。闭合开关S，则此时电动机M ______ (选填“能”或“不能”)正常工作。
类型二 拓展创新实验　多维探究
考向1　实验器材创新 [典例2]　在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学所测量的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形为中空。 为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用表的欧姆挡“×1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙所示，则读数应记为________ Ω。
甲　　　　　　　　　　乙
现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ： A．电源E(电动势为3 V，内阻约为1 Ω) B．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1 约为1 Ω) C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω) D．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器R0 E．开关S，导线若干
(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图。
(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量。在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若A1的示数为I1，A2的示数为I2，则该金属导体的电阻R＝________。
(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a。螺旋测微器读数如图丁所示，则a＝________ mm。用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________。
[解析]　多用电表读数为6×1 Ω＝6 Ω。
(1)给出的器材中只有电流表，没有电压表，但其中一个电流表给出了其内阻，可将此电流表当电压表使用，利用伏安法测电阻，测量电路如图所示。
创新点解读　(1)“已知内阻的电流表A2”充当“电压表”使用。 (2)采用双电流表法(也称为电流表差值法)测电阻：R＝ 。
考向2　实验设计创新 [典例3]　(2022·福建南平市第二次质检)某科学探究小组在参加废水处理厂的社会实践活动后，准备测定废水的电阻率。该小组用透明塑料板自制了一个长方体容器，在容器左、右内侧面紧贴金属铜薄板(板的厚度和电阻的影响可忽略不计)，铜薄板上端分别带有接线柱M、N，在容器外侧垂直底面粘一透明刻度尺，其0刻度与容器内底面对齐，如图甲。容器内底面长、宽分别为a、b。
(1)废水注满容器后，将多用电表选择开关拨到欧姆挡×100挡位，正确使用多用电表，测得废水的电阻如图乙所示，则废水的电阻约为________ Ω。
[解析]　由题图乙可知读数为Rx＝16.0×100 Ω ＝1 600 Ω。
[答案]　1 600　
(2)为更精确地测量所取废水的电阻率，该小组采用如下实验器材设计实验。 A．直流电源E(电动势约为4.5 V，内阻r0约为0.1 Ω)； B．电流表A1(量程0～3 mA，内阻r1＝100 Ω)； C．电流表A2(量程0～5 mA，内阻r2约40 Ω)； D．电阻箱R1(0～999.9 Ω)； E．滑动变阻器R2(阻值范围0～50 Ω，允许通过的最大电流2.0 A)； F．开关S一个，导线若干。 请从下列选项图中选出最合理的实验电路图______________
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
[解析]　因为待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的阻值，滑动变阻器采用限流式接法起不到调节作用，故应选用分压电路；因为没有电压表，所以用内阻已知的A1与电阻箱改装电压表；回路中的最大电流为 A≈2.8 mA，故电流表可以选A2，电流表内阻已知，由于流过电压表的电流可以直接读出，故采用外接法，故电路图选C。
(3)根据合理的实验电路图正确连接实验电路后，调节电阻箱阻值使R1＝900 Ω，该实验小组完成以下操作步骤： ①倒出适量废水，测出并记录废水深度，然后闭合开关S，调节滑动变阻器R2，分别记录电流表A1的读数和电流表A2的读数； ②断开开关S，再倒出适量废水，测出并记录废水深度，然后闭合开关S，调节滑动变阻器R2，使电流表A1的读数与步骤①中电流表A1的读数相同，记录电流表A2的读数；
③重复第②步操作多次，记录每次测量中的废水深度h和电流表A2的读数I，并描点作出I-h图像如图丙所示；
④图丙中直线的纵截距为I0，斜率为k，则该容器内废水电阻率的表达式为ρ＝________________________________(用题中所给物理量的符号I0、k、a、b、r1、R1表示)。
创新点解读　 (1)本实验根据教材实验原理测废水的电阻率替代测金属丝的电阻率，考查了电路的设计。 (2)将已知内阻的电流表A1与电阻箱串联充当电压表使用。
考向3　数据处理创新 [典例4]　某同学为测量电阻丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路，电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝，保护电阻R0＝4.0 Ω，电源电动势E＝3.0 V，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良好。
新高考乙卷 2022·T23
甲　　　　　　　　　　乙 丙
(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d＝________ mm。
[解析]　螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线没有露出，可动刻度上的格数要估读一位，读数应为0.01 mm×40.0＝0.400 mm。
[答案]　0.400　
(2)实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I，实验数据如表所示。
将表中数据描在 -x坐标纸中，如图丙所示，该图像的斜率的表达式k＝_______(用题中字母表示)，由图线求得电阻丝的电阻率ρ＝______Ω·m(保留两位有效数字)。 根据图丙中 -x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为r＝______ Ω(保留两位有效数字)。