第10章 实验13 测量金属丝的电阻率（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第十章　电路　电能 实验13　测量金属丝的电阻率 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 谢谢观看！ 一、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 二、实验操作 1．测量金属丝直径：选择螺旋测微器或游标卡尺，在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，记录三次的读数。 2．连接测量电路 由于被测金属丝的阻值较小，采用电流表外接法 连线时，先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、被测金属丝、滑动变阻器连成主干电路(闭合电路)，然后再把电压表并联在被测金属丝的两端。 3．测量金属丝的有效长度：选用刻度尺，多次测量被测金属丝在两个接线柱之间的距离，得到有效长度的平均值l。 4．测量U、I值：把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。 5．拆去实验线路，整理好实验器材。 三、数据处理 1．计算金属丝的横截面积：求出金属丝直径的平均值d，计算出金属丝的横截面积S＝ eq \f(πd2,4) 。 2．求Rx的值 (1)公式法：用Rx＝ eq \f(U,I) 分别算出各次的数值，再取平均值。 (2)图像法：用U-I图线的斜率求出。 3．计算金属丝的电阻率ρ：将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝Rx· eq \f(S,l) ＝ eq \f(πd2U,4lI) 。 命题点一　教材原型实验 1．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度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。 2．采用电流表外接法测量金属丝的电阻时，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。 3．若采用图像法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，所作直线要尽可能地通过较多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点应舍去。 角度1　实验操作与注意事项 [典例1] 某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。 甲 (1)螺旋测微器如图甲所示，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，先旋转________，当测微螺杆刚好接触电阻丝时，再旋动________(均填“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的损坏。 (2)选择电阻丝的________(填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。 (3)图乙中Rx为待测电阻丝，请补充完整图丙中实物间的连线。 乙 丙 解析：(1)A起固定作用，便于读数；B为粗调旋钮，调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触；然后调节C，C起微调作用。 (2)电阻丝的粗细不一定均匀，为保证测量结果准确，应在不同位置测直径，然后取平均值作为电阻丝的直径。 (3)滑动变阻器采用分压式接入电路，电流表使用外接法，注意连线不能交叉，如图所示。 答案：(1)B　C　(2)不同　(3)见解析图 角度2　数据处理及误差分析 [典例2] 利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，Rx为待测电阻丝。 甲 乙 (1)为测量Rx，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1-I1关系图像如图乙所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表： U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 请根据表中的数据，在图乙中作出U2-I2图像。 (2)由此，可求得电阻丝的阻值Rx＝________Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。 (3)任何实验测量都存在误差，本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法正确的是________(填选项前的字母)。 A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B．由于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的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D．用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 解析：(1)将5组U2、I2数据标注在U-I图像中，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点落在直线上，如图所示。 (2)由题意知 eq \f(U1,I1) ＝Rx＋RA＋R0，由U1-I1图线的斜率可得Rx＋RA＋R0＝49.0 Ω。 eq \f(U2,I2) ＝RA＋R0，由作出的U2-I2图线的斜率可得RA＋R0＝25.5 Ω，故Rx＝23.5 Ω。 (3)由于读数引起的误差属于偶然误差，由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差，用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差，C、D正确。 答案：(1)见解析图　(2)23.5(23.0～24.0均可算对)　(3)CD 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　在测电阻方法上的改进 1．等效替代法测电阻 (1)等效性：只接通S3与只接通S2两种情况下，电表的读数相同 (2)结论：电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rx＝R0 2.差值法测电阻 电流表差值法 电压表差值法 电流表差值法 电压表差值法 原理：I1·r A 1＝(I2－I1)R0 原理：U2＝U1＋ eq \f(U1,rV1) ·R0 结论：rA1＝ eq \f(（I2－I1）R0,I1) 或R0＝ eq \f(I1·rA1,I2－I1) 结论：rV1＝ eq \f(U1,U2－U1) ·R0或R0＝ eq \f(U2－U1,U1) ·rV1 [典例3] (2023·全国乙卷)一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0 Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图甲是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空： INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjwlss751.tif" \* MERGEFORMAT 　 (1)实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S。 (2)将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为U1，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为U2。由此得到流过待测金属丝的电流I＝__________________________________________， 金属丝的电阻r＝________。(均用R0、U1、U2表示) (3)继续微调R，重复(2)的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示： U1(mV) 0.57 0.71 0.85 1.14 1.43 U2(mV) 0.97 1.21 1.45 1.94 2.43 (4)利用上述数据，得到金属丝的电阻r＝14.2 Ω。 (5)用米尺测得金属丝长度L＝50.00 cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图乙所示，该读数为d＝__________mm。多次测量后，得到直径的平均值恰好与d相等。 (6)由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率ρ＝________×10－7Ω·m。(保留2位有效数字) 解析：(2)R0两端的电压为U＝U2－U1，则流过R0即流过待测金属丝的电流I＝ eq \f(U,R0) ＝ eq \f(U2－U1,R0) ；金属丝的电阻r＝ eq \f(U1,I) ，联立可得r＝ eq \f(U1R0,U2－U1) 。 (5)螺旋测微器的读数为d＝15.0×0.01 mm＝0.150 mm。 (6)根据电阻定律r＝ρ eq \f(L,S) ，又S＝π·( eq \f(d,2) )2，代入数据联立解得ρ＝5.0× 10－7Ω·m。 答案：(2) eq \f(U2－U1,R0) 　 eq \f(U1R0,U2－U1) 　(5)0.150　(6)5.0 角度2　实验目的、数据处理上的创新 [典例4] (2022·浙江1月选考)小明同学根据图甲的电路连接器材来“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”。实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l、调节滑动变阻器的阻值，使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U，从而得到多个 eq \f(U,I) 的值，作出 eq \f(U,I) l图像，如图乙中图线a所示。 (1)在实验中使用的是____________(填“0～20 Ω”或“0～200 Ω”)的滑动变阻器。 (2)在某次测量时，量程为3 V电压表的指针位置如图丙所示，则读数U＝________V。 (3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10－8 m2，则合金丝甲的电阻率为________Ω·m(保留2位有效数字)。 (4)图乙中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的 eq \f(U,I) l图像，由图可知合金丝甲的横截面积____________(填“大于”“等于”或“小于”)合金丝乙的横截面积。 解析：(1)由实验原理可知Rx＝ eq \f(U,I) ，而由 eq \f(U,I) l图像可知待测电阻最大约为8 Ω，为了使电压表读数有明显的变化，则滑动变阻器的阻值不能太大，故选0～20 Ω的比较合适。 (2)量程为3 V的电压表，精度为0.1 V，估读到0.01 V，则电压为1.32 V。 (3)根据电阻定律有 eq \f(U,I) ＝Rx＝ eq \f(ρ,S) ·l，则 eq \f(U,I) l图像的斜率为k＝ eq \f(ρ,S) ，可得合金丝甲的电阻率为ρ＝kS＝ eq \f(7.4－3.6,0.44－0.20) ×7.0×10－8 Ω·m≈1.1×10－6 Ω·m。 (4)另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后，电阻率不变，而横截面积变为S′＝S＋S乙，由题图乙中图线b可得S′＝ eq \f(ρ,kb) ＝ eq \f(1.1×10－6,\f(2.2－1.0,0.44－0.15)) ≈26.6×10－8 m2，解得S乙＝S′－S≈19.6×10－8 m2>S，故合金丝甲的横截面积小于合金丝乙的横截面积。 答案：(1)0～20 Ω　(2)1.32(1.31～1.34) (3)1.1×10－6(0.90×10－6～1.3×10－6)　(4)小于 1．(2021·福建卷)某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一根长度为80.00 cm电阻丝的电阻率，该电阻丝的电阻值约为100～200 Ω，材料未知。实验过程如下： INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjwlss772.tif" \* MERGEFORMAT 　　 (1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径，示数如图甲所示。该电阻丝的直径为________mm。 (2)对多用电表进行机械调零。 (3)将多用电表的选择开关旋至________倍率的电阻挡(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)。 (4)将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡零刻度线。 (5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端，多用电表的示数如图乙所示。该电阻丝的电阻值为________Ω。 (6)测量完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置。 (7)实验测得的该电阻丝电阻率为_______________________________Ω·m(保留3位有效数字)。 解析：(1)该电阻丝的直径为d＝1 mm＋41.4×0.01 mm＝1.414 mm。 (3)使用多用电表电阻挡测电阻时，为了减小误差，应尽可能使指针偏转至刻度盘中央附近，由于该电阻丝的阻值在100～200 Ω，而表盘中央刻度在15～20左右 ，所以应选择“×10”倍率的电阻挡。 (5)15～20之间的分度值为1，所以该电阻丝的电阻值为R＝16×10 Ω＝160 Ω。 (7)根据电阻定律有R＝ρ eq \f(L,S) ＝ρ eq \f(4L,πd2) ，解得该电阻丝的电阻率为ρ＝ eq \f(πd2R,4L) ≈3.14×10－4Ω·m。 答案：(1)1.414(±0.001)　(3)×10　(5)160 (7)3.14×10－4 2．(2023·浙江1月选考)在“测量金属丝的电阻率”实验中： (1)测量一段金属丝电阻时所用器材和部分电路连线如图1所示，图中的导线a端应与__________(填“－”“0.6”或“3”)接线柱连接，b端应与____________(填“—”“0.6”或“3”)接线柱连接。开关闭合前，图1中滑动变阻器滑片应置于________(填“左”或“右”)端。 (2)合上开关，调节滑动变阻器，得到多组U和I数据。甲同学由每组U、I数据计算电阻，然后求电阻平均值；乙同学通过U-I图像求电阻。则两种求电阻的方法更合理的是______(填“甲”或“乙”)。 (3)两同学进一步探究用镍铬丝将满偏电流Ig＝300 μA的表头G改装成电流表。如图2所示，表头G两端并联长为L的镍铬丝，调节滑动变阻器使表头G满偏，毫安表示数为I。改变L，重复上述步骤，获得多组I、L数据，作出I- eq \f(1,L) 图像如图3所示。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjwlss789.tif" \* MERGEFORMAT 　 则I eq \f(1,L) 图像斜率k＝________mA·m。若要把该表头G改装成量程为9 mA的电流表，需要把长为________m的镍铬丝并联在表头G两端。(均保留2位有效数字) 解析：(1)实验中用两节干电池供电，滑动变阻器采用分压式连接，电压从零开始调节，电流表选较小量程测量电流减小误差，则题图1中的导线a端应与 “0.6”接线柱连接，电压表测电阻两端的电压，则金属丝的电阻较小，电流表外接误差较小，故b端应与 “0.6”接线柱连接。为了保护电表，开关闭合前，题图1中滑动变阻器滑片应置于左端。 (2)作U-I图像可以将剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度，减少实验的误差，则乙同学通过U-I图像求电阻的方法更合理。 (3)由题图3可知I eq \f(1,L) 图像斜率k＝ eq \f(7.4－5.8,3.1－2.4) mA·m≈2.3 mA·m。 方法一：由电路可知Igrg＝(I－Ig)ρ eq \f(L,S) ，解得I＝Ig＋ eq \f(IgrgS,ρ) · eq \f(1,L) ，则 eq \f(IgrgS,ρ) ＝k＝2.3 mA·m，若要把该满偏电流为300 μA表头G改装成量程为9 mA的电流表，则并联的电阻R′＝ρ eq \f(L′,S) ＝ eq \f(Igrg,I′－Ig) ，解得L′≈0.26 m。 方法二：延长图像可知，当I＝9.0 mA时可得 eq \f(1,L) ＝3.8 m－1，即L′≈0.26 m。 答案：(1)0.6　0.6　左　(2)乙　(3)2.3(2.1～2.5)　0.26(0.24～0.28) $$