2021届高考物理二轮复习实验精解训练（10）实验：测量电阻丝的电阻率

2021届高考物理二轮复习实验精解训练（10）

实验：测量电阻丝的电阻率

1.某兴趣小组对铜导线的电阻率进行课题研究。

（1）现取长度为L的一捆铜导线，用螺旋测微器测得其直径为D，在实验前，事先了解到铜导线的电阻很小，在用伏安法测量其电阻时，设计如图所示的电路，则电压表的另一端应接________（填“a”或“b”）端。

（2）测量得电压表示数为U，电流表示数为I，可得铜的电阻率_________（用字母表示）。

（3）该兴趣小组发现用（1）中所选电路测得的电阻率与从课本上查阅到铜的电阻率相比_________（填“偏大”或“偏小”），但是实验的操作已经十分规范，测量使用的电表也已尽可能校验准确，下列关于造成这种偏差的原因，你认为正确的是__________。

A.电流表测量值小于流经的电流值 B.电流表测量值大于流经的电流值

C.电压表测量值小于两端的电压值 D.电压表测量值大于两端的电压值

2.小明用电学方法测量电线的长度。首先，小明测得电线铜芯的直径为1.00 mm，估计其长度不超过50 m（已知铜的电阻率为）。

现有如下实验器材：①量程为3 V、内阻约为的电压表；②量程为0.6 A、内阻约为的电流表；③阻值为0~的滑动变阻器；④内阻可忽略、输出电压为3 V的电源；⑤阻值为的定值电阻，开关和导线若干。

小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当示数为0.50 A时，电压表示数如图甲所示，读数为_____V。根据小明测量的信息，图乙中P点应该_____（选填“接a”“接b”“接c”或“不接”），Q点应该________（选填“接a”“接b”“接c”或“不接”）。小明测得的电线长度为_______m。

3.某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值。所用器材有电流表，电阻箱，滑动变阻器，待测铅笔芯，电源E，开关S及导线等。操作步骤如下：

调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表的示数分别为。

请回答以下问题：

（1）若电流表的内阻可忽略，则电流表示数________时，电阻箱的阻值等于待测铅笔芯的电阻值；

（2）用螺旋测微器测量该铅笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，则该笔芯的直径为__________mm；

（3）已测得该铅笔芯的长度，电阻箱的读数为，根据上面测量的数据可计算出铅笔芯的电阻率________（结果保留2位小数）；

（4）若电流表的内阻不能忽略，仍利用（1）中方法，则铅笔芯电阻的测量值_______（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。

4.现要测定一段粗细均匀、电阻约为的合金丝的电阻率，若已测得其长度，要尽量精确测量其电阻值R，器材有：

电源（电动势3.0 V，内阻约为）；

电流表（量程0~100 mA，内阻约）；

电压表（量程0~3 V，内阻约）；

滑动变阻器（0~，允许通过的最大电流为2.0 A）；

滑动变阻器（0~，允许通过的最大电流为0.5 A）；

开关一个、导线若干.

（1）以上器材中，所用的滑动变阻器应选_________（填“”或“”）.

（2）某次用螺旋测微器测量合金丝直径的读数为0.703 mm.

（3）如图所示是测量合金丝电阻的电路，闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应移到______（填“最左端”或“最右端”）.

（4）为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应改进的是__________（填选项前的字母）.

A.电流表连接方式改为内接法 B.滑动变阻器连接方式改为限流式接法

5.小明与小红在学习了《导体的电阻》后,想确定图甲中滑动变阻器(铭牌丢失)的金属丝的材料,于是进行了如下实验:

(1)先用游标卡尺(50分度)测量了陶瓷桶上未绕金属丝部分的直径d,游标卡尺的读数如图乙所示;后用游标卡尺测量了陶瓷桶上绕有金属丝(金属丝直接紧密地绕在陶瓷桶上)部分的直径D,游标卡尺的读数如图丙所示,为__________mm;再用刻度尺测得滑动变阻器滑线部分的长度(上述测量值均看作多次测量的平均值).

(2)小明用欧姆表测得该滑动变阻器全部金属丝的电阻为;小红则向实验室借来以下器材测量该金属丝的电阻:

A.直流电源3 V(内阻不计)

B.直流电流表0~100 mA(内阻约为)

C.直流电流表0~600 mA(内阻约为)

D.直流电压表0~3 V(内阻约为)

E.滑动变阻器0~(允许的最大电流为2 A)

F.导线和开关

则实验中电流表应选用_______(填选项字母).

(3)请帮小红设计一个最佳实验电路,并画出电路图;

(4)若该滑动变阻器全部金属丝的电阻用R表示,则金属丝电阻率的表达式_________(用本题给出物理量表示);小红通过正确操作后测得,请对照表格中几种导体材料的电阻率(20 ℃时)判断该金属丝的材料最有可能为__________（填选项字母）.

A.铝 B.铜 C.镍铜合金 D.镍铬合金

6.某实验小组测量某空心圆柱体金属材料的电阻率，实验室备有以下器材：（粗测圆柱体金属材料的电阻.约为）

A.电压表（量程，内阻约为）

B.电流表（量程，内阻约为）

C.电流表（量程，内阻约为）

D.滑动变阻器（阻值，最大电流0.6A）

E.滑动变阻器（阻值，最大电流）

F.电源（电动势，内阻不计）

G.导线、开关

（1）某次用游标卡尺测量圆柱体金属材料的外径，结果如图甲所示，其外径为________mm。

（2）实验中电流表应选_______，为使实验中测量数据的范围较大，滑动变阻器应选___________。（填仪器前的符号）

（3）在图乙所示的方框内画出测量电路原理图。

（4）用游标卡尺测得空心圆柱体金属材料的内径为d，外径为D，用刻度尺测得其长度为L，电流表读数为I，电压表读数为U，则空心圆柱体金属材料的电阻率ρ=________（用题给字母表示），ρ的测量结果比真实值_________（填“偏大”或“偏小”）。

7.国家标准规定自来水在15 ℃时电阻率应大于，某同学利用图甲所示电路测量15 ℃的自来水的电阻率，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，以控制玻璃管内自来水的水量.玻璃管两端接有导电活塞（活塞电阻可忽略），右活塞固定，左活塞可自由移动，实验器材还有：

电源（电动势为3 V，内阻可忽略）；

电压表（量程为3 V，内阻很大）；

电压表（量程为3 V，内阻很大）；

定值电阻（阻值）；

定值电阻（阻值）；

电阻箱R（最大阻值）；

单刀双掷开关S；导线若干；游标卡尺；刻度尺.

实验步骤如下：

A.用游标卡尺测量玻璃管的内径；

B.向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；

C.把S拨到1位置，记录电压表的示数；

D.把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表的示数与电压表的示数相同，记录电阻箱的阻值R；

E.改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；

F.断开S，整理好器材.

（1）玻璃管内水柱的电阻的表达式为_________（用表示）.

（2）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关系图象，自来水的电阻率_______（保留三位有效数字）.

（3）若电压表内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将_________（选填“偏大”“不变”或“偏小”）.

8.在“测定金属丝的电阻率”实验中，所用的测量仪器均已校准.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，某一次测量结果（接近多次测量的平均值）如图1所示，其读数为_________mm.

（2）用伏安法测金属丝的电阻的阻值（约为），实验室提供了如下器材：

A.电源E（电动势为3 V，内阻约为）；

B.电流表（量程为0~0.6 A，内阻约为）；

C电流表（量程为0~3 A，内阻为）；

D.电压表（量程为0~3 V，内阻约为）；

E.电压表（量程为0~15 V，内阻为）；

F.电阻箱R（阻值范围为0~，额定电流为1 A）；

G.开关S，导线若干.

为使测量结果尽可能准确，电流表应选用_______（填器材前的字母标号），电压表应选用_______（填器材前字母标号）；应采用图2给出的_____电路进行测量.

（3）根据记录的电阻箱阻值R及对应电流表示数I和电压表示数U，在坐标纸上作图象如图3所示，根据图象可得金属丝的电阻______Ω（保留两位有效数字）.

（4）根据以上数据估算金属丝的电阻率约为_________.

A. B. C. D.

（5）关于本实验的误差，下列说法正确的是_______.

A.用螺旋测微器测量金属丝的直径时，由于读数引起的误差属于系统误差

B.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差

C.若将电流表和电压表内阻计算在内，可以消除由仪表引起的系统误差

D.用图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差

答案以及解析

1.答案：（1）a

（2）

（3）偏小；B

解析：（1）电压表内阻远大于待测铜导线电阻，为减小实验误差，电流表应采用外接法，电压表的另一端应接a端。（2）铜导线的电阻，由电阻定律得，电阻率。（3）由于电流表采用外接法，电阻测量值小于真实值，所以由此实验计算所得的电阻率的值比实际值偏小，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，流过待测电阻的电流小于电流表示数，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值，故B正确，ACD错误。

2.答案：2.50；接b；接a；31.4

解析：由题图甲及题中信息可得电压表量程为3 V，精确度为0.1 V，有效数字应该保留到0.01 V，读数应为2.50 V；被测量电阻属于小电阻，电流表应该外接，P点接b，题中要求电流表能从0开始变化，所以采取分压接法，Q点应接a，根据电阻定律，代入数据可得长度约为31.4 m。

3.答案：（1）

（2）1.000

（3）

（4）小于

解析：（1）由并联电路特点可知，当时，电阻箱的阻值与待测铅笔芯的阻值相等；（2）螺旋测微器的读数为1.000 mm；（3）由公式可计算，铅笔芯的电阻率为；（4）电流表的内阻不能忽略时，电流表与电阻箱的电阻之和等于待测铅笔芯的电阻，即电阻的测量值小于真实值。

4.答案：（1）

（3）最右端

（4）A

解析：（1）由于要尽量精确测量合金丝的电阻值，需多测几组数据，滑动变阻器应采用分压式接法，则滑动变阻器应选择最大阻值较小的.

（3）由题图电路可知，滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于最右端.

（4）由可知，电压表的分流作用对结果的影响大，因此电流表应改为内接法，故选A.

5.答案：(1)22.20

(2)B

(3)见解析

(4)；C

解析：(1)题图丙中游标卡尺的读数；

(2)电路中能达到的最大电流为,则直流电流表选择B；

(3)因电压表的内阻远大于待测电阻的阻值,故选用电流表外接法;滑动变阻器最大阻值小于待测电阻的阻值,则采用分压接法,则电路图如图所示;

(4)待测金属丝横截面的半径,金属丝横截面积,每匝金属丝的长度为,则线圈匝数,金属丝的总长度为,根据可得,将代入解得,由表中数据可知,该金属丝的材料可能是镍铜合金,故选C.

6.答案：（1）41.20

（2）B；D

（3）如图所示

（4）；偏小

解析：（1）游标卡尺的主尺读数为，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为，则圆柱体金属材料的外径为。

（2）已知圆柱体金属材料的电阻约为，电源电动势为，则通过圆柱体金属材料的最大电流，故电流表应选B；为使实验中测量数据的范围较大，滑动变阻器应采用分压式接法，故滑动变阻器应选D。

（3）由于则有，故电流表应采用外接法，而滑动变阻器采用分压式接法，则电路图如图所示。

（4）根据欧姆定律，圆柱体金属材料的电阻，根据电阻定律有，又，联立解得；电流表外接时，电压表的读数为金属材料两端的真实电压，电流表的读数比流过金属材料的真实电流偏大，故ρ的测量结果比真实值偏小。

7.答案：（1）

（2）25.1

（3）偏大

解析：（1）把S拨到1位置时，电压表的示数为U，则此时电路中的电流为，总电压，当把S拨到2位置时，调整电阻箱阻值，使电压表的示数与电压表的示数相同也为U，则此时电路中的电流为，总电压，由于两次总电压相等，都等于电源电压E，可得，解得.

（2）由题图乙可知，当时，，此时玻璃管内水柱的电阻，水柱横截面积，则自来水的电阻率.

（3）若电压表内阻不是很大，则把S拨到1位置时，此时电路中电流大于，实际总电压将大于，所以测量的将偏大，因此自来水电阻率测量结果将偏大.

8.答案：（1）0.399

（2）B；D；甲

（3）17

（4）C

（5）CD

解析：（1）由图1所示的螺旋测微器可知，其读数为.

（2）电源电动势为3 V，则电压表选D（量程为0~3 V，内阻约为）；

通过金属丝的最大电流约为，电流表选择B（量程为0~0.6 A，内阻约为）.

由题意可知，电压表内阻远大于待测金属丝的阻值，电流表应选择外接法；

由题意可知，待测金属丝的阻值约为，电阻箱最大阻值为，为测多组实验数据，尽可能使电压变化范围较大，电阻箱应与待测金属丝并联，如果串联所测实验数据太少，应选择图2中甲所示实验电路进行测量.

（3）由图2中甲所示实验电路，根据并联电路特点与欧姆定律得，整理得图象的截距，则待测金属丝的阻值.

（4）由电阻定律可知，则电阻率，故选C.

（5）用螺旋测微器测量金属丝的直径时，由于读数引起的误差属于偶然误差，故A项错误；由电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差，不是偶然误差，故B项错误；若将电流表和电压表内阻计算在内，可以消除由仪表引起的系统误差，故C项正确；用图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差，不能消除系统误差，故D项正确.