2022届高考物理一轮突破实验十一 测量金属丝的电阻率

实验十一　测量金属丝的电阻率 【实验过程】 1．直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺)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，计算出金属丝的横截面积S＝。 2．电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。 3．长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量不少于3次，求出其平均值l。 4．U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片位置，读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值，填入表格中，断开开关S。 5.拆除实验线路，整理好实验器材。 【数据处理】 1．求Rx： (1)计算法：用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值。 (2)图象法：画出U­I图象，U­I图象的斜率等于Rx。 2．计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝Rx＝。 【误差分析】 1．系统误差： (1)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。 (2)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。 2．偶然误差： (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 (2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。 【注意事项】 1．测量被测金属导线的有效长度，即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。 2．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置。 3．电流不宜太大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大。 【实验创新】 测量金属丝的电阻率，需要测出金属丝的长度、横截面积及电阻，本实验的创新有四个视角。 视角一：伏伏法 若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。 视角二：安安法 若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。 视角三：半偏法测电表内阻 电流表半偏法，电压表半偏法。 视角四：等效法测电阻 电流等效替代，电压等效替代。 教材原型实验 【典例1】为测量一根金属丝(电阻约5 Ω)的电阻率ρ，选用的电学器材有：电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.2 Ω)，滑动变阻器(0～15 Ω)，学生电源(恒压输出3 V)，开关，导线若干。 (1)如图甲所示，用螺旋测微器测量金属丝的直径时，为了防止金属丝发生明显形变，同时防止损坏螺旋测微器，转动旋钮C至测砧、测微螺杆与金属丝将要接触时，应调节旋钮__________(选填“A”“B”或“D”)，直至发出“喀喀”声时停止。某次的测量结果如图乙所示，其读数为________mm。 (2)请用笔画线代替导线将图丙的电路补充完整。 (3)如图丁所示，实验数据已描在坐标纸上，作出U­I图线，并求出该金属丝的电阻为__________Ω(结果保留两位有效数字)。 (4)有同学认为用图象法求金属丝的电阻是为了减小系统误差，他的想法是否正确？请说明理由： ______________________________________________。 创新型实验 类型一　不变目的变装置(伏伏法测量电阻) 【典例2】用以下器材可测量电阻Rx的阻值。 待测电阻Rx，阻值约为600 Ω； 电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计； 电压表V1，量程为0～500 mV，内阻r1＝1 000 Ω； 电压表V2，量程为0～6 V，内阻r2约为10 kΩ； 电流表A，量程为0～0.6 A，内阻r3约为1 Ω； 定值电阻R0，R0＝60 Ω； 滑动变阻器R，最大阻值为150 Ω； 单刀单掷开关S一个，导线若干。 (1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。 (2)若选择测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx＝__________， 式中各符号的意义是______________ (所有物理量用题中代表符号表示)。 类型二　不变目的变装置(等效替代测量) 【典例3】电阻温度计是根据导体电阻随温度变化而变化的规律来测量温度的温度计。铂电阻温度计是最精确的温度计，因为铂的化学惰性，成为－272.5 ℃至961.78 ℃范围内的首选材料，其电阻与温度成一次函数关系。某实验小组利用图甲所示的电路探究铂金属的温度特性。所用器材有：铂金丝RPt、电源、电流表、滑动变阻器R1、电阻箱R2、单刀开关S1、单刀双掷开关S2。 实验步骤如下： ①按图甲电路，连好图乙实物电路； 　 ②将RPt置于冰水混合物