第九章電路和電能實驗11測量金屬絲的電阻率1.進一步掌握伏安法測電阻的實驗方法,能正確連接電路和進行實驗操作。2.掌握測量電阻率的實驗電路、數(shù)據(jù)處理和誤差分析。實驗儲備·歸納自主落實回扣教材實驗類型·突破關(guān)鍵能力深度剖析【典例1】

(2023·北京卷)采用圖甲所示的電路圖來測量金屬絲Rx的電阻率。類型1實驗基本技能應用(1)實驗時,閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片P應處在________(填“M”或“N”)端。(2)按照圖甲連接實物圖,如圖乙所示。閉合開關(guān)前檢查電路時,發(fā)現(xiàn)有一根導線接錯,該導線為________(填“a”“b”或“c”)。若閉合開關(guān),該錯誤連接會帶來的問題有____________________。解析

(1)實驗時,閉合開關(guān)S前,為保護電路,滑動變阻器的滑片P應處在M端。(2)滑動變阻器采用分壓式接法,滑動變阻器下端兩接線柱與電源相連,故b導線接錯;該錯誤帶來的問題是移動滑片的過程中電壓表和電流表的示數(shù)不變。答案

(1)M

(2)b

③移動滑片時,電壓表和電流表的示數(shù)不變(其他合理答案也正確)【典例2】

(2023·全國乙卷)一學生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率?，F(xiàn)有實驗器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導線若干。圖甲是學生設(shè)計的實驗電路原理圖。完成下列填空:(1)實驗時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調(diào)至最大,閉合S。(2)將K與1端相連,適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻,此時電壓表讀數(shù)記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數(shù)記為U2。由此得到流過待測金屬絲的電流I=________,金屬絲的電阻r=________。(結(jié)果均用R0、U1、U2表示)(3)繼續(xù)微調(diào)R,重復(2)的測量過程,得到多組測量數(shù)據(jù),如下表所示。U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.43(4)利用上述數(shù)據(jù),得到金屬絲的電阻r=14.2Ω。(5)用米尺測量金屬絲長度L=50.00cm。用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑,某次測量的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為d=________mm。多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等。(6)由以上數(shù)據(jù)可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=________×10-7Ω·m(保留2位有效數(shù)字)。

考向1

實驗電路的改變【典例3】

(2023·廣東卷)某興趣小組設(shè)計了測量鹽水電導率的實驗。所用器材有:電源E(電動勢恒定,內(nèi)阻可忽略);毫安表mA(量程15mA,內(nèi)阻可忽略);電阻R1(阻值500Ω)、R2(阻值500Ω)、R3(阻值600Ω)和R4(阻值200Ω);開關(guān)S1和S2;裝有耐腐蝕電極板和溫度計的有機玻璃樣品池;導線若干。請完成下列實驗操作和計算。類型2實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新(1)電路連接。圖甲為實驗原理圖,在圖乙的實物圖中,已正確連接了部分電路,只有R4一端的導線還未連接,該導線應接到R3的________(填“左”或“右”)端接線柱。(2)鹽水電導率和溫度的測量。①測量并記錄樣品池內(nèi)壁的長寬高,在樣品池中注滿待測鹽水。②閉合開關(guān)S1,________開關(guān)S2,毫安表的示數(shù)為10.0mA,記錄此時毫安表的示數(shù);計算得到流過樣品池的電流I1為________mA。③________開關(guān)S2,毫安表的示數(shù)為15.0mA,記錄此時毫安表的示數(shù);計算得到流過樣品池的電流I2為________mA。④斷開開關(guān)S1,測量并記錄鹽水的溫度。(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù),計算得到樣品池兩電極板間待測鹽水的電阻為________Ω,進而可求得該溫度時待測鹽水的電導率。

答案

(1)右(2)②斷開40.0

③閉合60.0(3)100考向2

數(shù)據(jù)處理的改變【典例4】

(2023·遼寧卷)導電漆是將金屬粉末添加于特定樹脂原料中制作而成的能導電的噴涂油漆?，F(xiàn)有一根用導電漆制成的截面為正方形的細長樣品(固態(tài)),某同學欲測量其電阻率,設(shè)計了如圖(a)所示的電路圖,實驗步驟如下:a.測得樣品截面的邊長a=0.20cm;b.將平行排列的四根金屬探針甲、乙、丙、丁與樣品接觸,其中甲、乙、

丁位置固定,丙可在乙、丁間左右移動;c.將丙調(diào)節(jié)至某位置,測量丙和某探針之間的距離L;d.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使電流表示數(shù)I=0.40A,讀出相應的電壓表示數(shù)U,斷開開關(guān)S;e.改變丙的位置,重復步驟c、d,測量多組L和U,作出U-L圖像如圖(b)所示,得到直線的斜率k?；卮鹣铝袉栴}:(1)L是丙到________(填“甲”“乙”或“丁”)的距離。(2)寫出電阻率的表達式ρ=________(用k、a、I表示)。(3)根據(jù)圖像計算出該樣品的電阻率ρ=________Ω·m(保留2位有效數(shù)字)。

考向3

實驗目的改變【典例5】

(2022·廣東卷)彈性導電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器敏感元件,某同學測量彈性導電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系,實驗過程如下:(1)裝置安裝和電路連接。如圖甲所示,導電繩的一端固定,另一端作為拉伸端,兩端分別用帶有金屬夾A、B的導線接入如圖乙所示的電路中。(2)導電繩拉伸后的長度L及其電阻Rx的測量。①將導電繩拉伸后,用刻度尺測量并記錄A、B間的距離,即為導電繩拉伸后的長度L。②將滑動變阻器R的滑片滑到最右端。斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S1,調(diào)節(jié)R,使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置,記錄兩表的示數(shù)U和I1。③閉合S2,電壓表的示數(shù)________(填“變大”或“變小”)。調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U,記錄電流表的示數(shù)I2,則此時導電繩的電阻Rx=__________(用I1、I2和U表示)。④斷開S1,增大導電繩拉伸量,測量并記錄A、B間的距離,重復步驟②和③。(3)該電壓表內(nèi)阻對導電繩電阻的測量值_______(填“有”或“無”)影響。(4)圖丙是根據(jù)部分實驗數(shù)據(jù)描繪的Rx-L圖線。將該導電繩兩端固定在某種機械臂上,當機械臂彎曲后,測得導電繩的電阻Rx為1.33kΩ,則由圖線可讀出導電繩拉伸后的長度為______cm,即為機械臂彎曲后的長度。

(4)由題圖丙可知,導電繩的電阻為1.33

kΩ時,導電繩拉伸后的長度為51.80

cm。

高效訓練·提能拓廣視野智學慧考1.某同學用如圖甲所示的電路圖來進行有關(guān)電學實驗,其中ab為粗細均勻的金屬絲,R0為保護電阻。(1)按電路圖在圖乙中完成實物連線。(2)用螺旋測微器測得金屬絲直徑如圖丙所示,其讀數(shù)為________mm。(3)電路連接正確后,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)P的位置,記錄aP長度x與對應的電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I。將記錄的數(shù)據(jù)描點在如圖丁所示的坐標紙上。

解析

(1)實物連線如圖所示。

答案

(1)圖見解析

(2)0.400(3)①見解析圖②2.0

102.北京市技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局曾對市場中電線、電纜產(chǎn)品質(zhì)量進行抽查,檢驗負責人說“十幾個不合格產(chǎn)品中,大部分存在導體電阻不合格問題,主要是銅材質(zhì)量不合格,使用了再生銅或含雜質(zhì)很多的銅;再一個就是銅材質(zhì)量可能合格,但把截面積縮小,買2.5mm2的線,拿到手的線可能是1.5mm2或1.5mm2多一點,載流量不夠;還有一個問題是絕緣層質(zhì)量不合格,用再生塑料制作電線外皮,電阻率達不到要求……”。(1)現(xiàn)從一捆橫截面積為1mm2的電線中截取一段,采用繞線法測量其橫截面積,讀數(shù)如圖甲所示,可得該電線的半徑約為_______mm(保留3位有效數(shù)字);經(jīng)你判斷該電線的橫截面積_______(填“合格”或“不合格”)。(2)欲測量該捆電線的電阻率是否合格,經(jīng)查閱,純銅的電阻率為1.8×10-8Ω·m。取長度為100m(真實長度)的電線,并用伏安法測量其電阻,所用器材有:A.電源(約為5V);B.長度為100m的待測導線一捆;C.電壓表(量程為0~5V,內(nèi)阻約為5kΩ);D.電流表(量程為0~0.6A、0~3A,內(nèi)阻分別為0.125Ω、0.025Ω);E.滑動變阻器(5Ω

2A)。某同學設(shè)計了如圖乙所示的電路,所選電表量程均合理,則電壓表的另一端應接_______(填“a”或“b”),測得電壓表示數(shù)為4.50V,電流表示數(shù)如圖丙所示,為________A,則該電線電阻率_______(填“合格”或“不合格”)。

答案

(1)0.625合格(2)b

2.50不合格

(1)該小組同學閉合開關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱為某一阻值,記錄電壓表V1的示數(shù)U1、電壓表V2的示數(shù)U2、電阻箱的阻值R;然后改變電阻箱的阻值,記錄對應的多組數(shù)據(jù),做出圖像如圖丙所示,已知此圖像的斜率為k0,若將兩電壓表均視為理想電表,則此工件的電阻率為________________(用題中給出的物理量的字母表示)。(2)若考慮電壓表阻值的影響,應用此種方法測得的電阻率________(填“偏大”“不變”或“偏小”