实验8　测量金属的电阻率-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验8　测量金属的电阻率 知识体系·思维导图 考点整合·素养提升 主题1 数据处理 1.在求Rx的平均值时可用两种方法 (1)用Rx=分别算出各次的数值,再取平均值。 (2)用U-I图线的斜率求出。 2.计算电阻率 将记录的数据Rx、L、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。 主题2 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,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。 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大,造成测量误差。 主题3 注意事项 1.被测金属导线的电阻值较小,实验电路一般采用电流表外接法。 2.测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦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。 3.测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。 4.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 5.在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 知识训练·能力提升 能力点一　实验原理及操作 【典例1】要测量某种合金的电阻率。 (1)若合金丝长度为L,直径为D,阻值为R,则其电阻率ρ=　　　　　。用螺旋测微器测合金丝的直径如图1所示,读数为　　　　　 mm。  (2)图2是测量合金丝阻值的原理图,S2是单刀双掷开关。根据原理图在图3中将实物连线补充完整。 图3 　　(3)闭合S1,当S2处于位置a时,电压表和电流表的示数分别为U1=1.35 V,I1=0.30 A;当S2处于位置b时,电压表和电流表的示数分别为U2=0.92 V,I2=0.32 A。根据以上测量数据判断,当S2处于位置　　　　　(选填“a”或“b”)时,测量相对准确,测量值Rx=　　　　　 Ω(结果保留2位有效数字) 。  【答案】(1)　0.657(0.656~0.658)　(2)见解析图 (3)b　2.9 【解析】(1)金属丝电阻R=ρ=,则电阻率ρ=;由题图所示螺旋测微器可知,其示数为0.5 mm+15.7×0.01 mm=0.657 mm。 (2)如图所示。 (3)根据=≈0.32,而=≈0.07,可知,电压表变化较大,说明电流表分压作用较大,因此必须用电流表外接法,即S2处于位置b,根据欧姆定律,则有Rx= Ω≈2.9 Ω。 能力点二 数据处理与误差分析 【典例2】某同学想测出学校附近一工厂排出废水的电阻率,以判断废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值为ρ≥200 Ω·m)。图1为该同学所用盛水容器,其左、右两侧面为带有接线柱的金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成,容器内部长a=40 cm,宽b=20 cm,高c=10 cm。他将水样注满容器后设计实验进行测量。 　　(1)他用实验室中的下列器材来精确测量所取水样的电阻: 　　A.电流表(量程5 mA,电阻RA=800 Ω) B.电压表(量程15 V,电阻RV约为10.0 kΩ) C.滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流1 A) D.电源(12 V,内阻约10 Ω) E.开关一只、导线若干 请用笔画线代替导线帮他在图2中完成电路连接。 (2)正确连接电路后,这位同学闭合开关,测得一组U、I数据;再调节滑动变阻器,重复上述测量得出一系列数据如表所示,请你在图3的坐标系中作出U-I 关系图线。 U/V 2.0 4.0 6.8 8.2 10.0 11.2 I/mA 0.80 1.60 2.73 3.38 4.00 4.45 　　(3)由U-I图线求出待测水样的电阻为　　　　Ω,算出所测水样的电阻率,可以判断这一水样　　　　(选填“达标”或“不达标”)。  【答案】(1)如图甲所示　(2)如图乙所示　(3)1717(1650~1750)　不达标 【解析】(1)由电阻定律得达标水样的电阻约为Rx=ρ=200× Ω=4000 Ω,所以电流表应用内接法,由于滑动变阻器的总阻值为20 Ω,为了方便调节,滑动变阻器应用分压式接法,电路图如图甲。 (2)根据U、I所测的数据作出U-I图线如图乙。 (3)根据U-I图线,R== Ω≈1717 Ω,由电阻定律得ρ== Ω·m=85.85 Ω·m<200 Ω·m,故不达标。 能力点三 学以致用与创新拓展 实验原理的拓展 根据R=ρ,实验不仅能测量电阻率,还可测量导线长度、横截面积、直径、厚度等,测电阻时除了伏安法还有其他很多方法 实验器材的替