课时11.3 实验：导体电阻率的测量-2024-2025学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第三册）

第十一章 电路及其应用 课时11.3 实验：导体电阻率的测量 1. 通过实验,掌握螺旋测微器、游标卡尺的使用和读数,会测金属的电阻率。 2. 掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 （一）游标卡尺 1. 构造：游标卡尺主要由主尺和游标尺组成。 2. 原理：游标卡尺是利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度都比主尺上同样多的小等分刻度少1 mm。 3. 精度：常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。 分度 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度（可精确到） 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 4. 读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示游标尺上零刻度线右边第K条刻度线与主尺上某一刻度线对齐，则记录结果表示为（x + K × 精确度）mm。 （二）螺旋测微器 1. 构造：如图所示。 2. 原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm。可动刻度E上有50个等分刻度，每转动一小格，测微螺杆F前进或后退0.01 mm，即精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 3. 读数：从固定刻度上读取整毫米或半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分，再把两部分读数相加得到测量值。即测量值d = 固定刻度读数+可动刻度数×0.01（单位：mm），如图2所示：固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0mm + 15.0 × 0.01mm = 2.150 mm。 （三）金属丝电阻率的测量 1. 实验思路：取一段金属电阻丝连接到实验电路中，只要测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d，就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即 。 2. 物理量的测量 （1）电阻的测量：按实验电路图连接实物电路。改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，通过U－I图像求得电阻R。 （2）电阻丝有效长度的测量：电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l，反复测量多次，得到有效长度的平均值。 （3）电阻丝直径的测量：因为电阻丝比较细，直接用刻度尺测量会产生比较大的误差。选择测量工具时，既要考虑使用的方便，也要考虑测量误差的大小。 3. 数据分析 将三个测量值代入 ，计算得出金属丝的电阻率。 考点 伏安法测电阻两种接法的比较和电路的选择   电流表的内接法和外接法的比较 内接法 外接法 电路   误差来源 电流表分压 U测 = Ux + UA 电压表分流 I测 = Ix + IV 电阻测量值 R测 = = Rx + RA > Rx R测 = = < Rx 适用条件 RA << Rx RV >> Rx 适用于测量 大阻值电阻（电流表分压越小，误差越小） 小阻值电阻（电压表分流越小，误差越小） 基础过关练 题组一　基本仪器的使用和读数 1.(2024江苏宝应期中)如图甲所示为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的　　　　(选填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为　　　　mm。  2.(2024湖北恩施期中)某同学用如图甲所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动　　　　，使F靠近小球，再转动　　　　，使F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动　　　　，使F固定后读数(填仪器部件字母符号)。正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是　　　　mm。  题组二　实验原理与操作 3.(2024山东青岛第二中学期中)在“测量金属丝的电阻率”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图甲所示，金属丝的匝数为39，用刻度尺测出金属丝的长度为L，已知金属丝的电阻大约为5 Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算该金属材料的电阻率。 (1)从图中得出金属丝的直径为　　　　mm(结果保留3位有效数字)。  (2)某同学实验时取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材： A.电压表0~3 V，内阻约10 kΩ B.电压表0~15 V，内阻约50 kΩ C.电流表0~0.6 A，内阻约0.05 Ω D.电流表0~3 A，内阻约0.01 Ω E.滑动变阻器，阻值范围0~10 Ω F.滑动变阻器，阻值范围0~100 Ω ①要求较准确地测出其阻值，电压表应选　　　　，电流表应选　　　　，滑动变阻器应选　　　　。(填序号)  ②实验中该同学的实物连线如图乙所示，请指出实物连线中的两处明显错误。 错误a：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；  错误b：　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。  4.(2024广东深圳期中)有一研究性学习小组的同学测量某金属丝的电阻率。 (1)用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置分别测量金属丝的直径。某次测量时，螺旋测微器示数如图甲所示，读数为　　　　mm。  (2)实验电路如图乙所示，实验室提供了待测金属丝Rx(接入电路部分的阻值约几欧)、电源E(电压为3 V)、开关S、导线若干。开关闭合前，滑动变阻器的滑片应调到最　　　　端(填“左”或“右”)。  (3)请用笔画线代替导线，在图丙中完成与图乙相对应的实物电路。 (4)测得金属丝接入电路部分的长度L和金属丝直径的平均值d。正确连接电路，测得多组电压表示数和对应电流表示数，通过描点作出的U-I图像为一条过原点的倾斜直线，其斜率为k，则金属丝的电阻率ρ=　　　　　　。(结果用题中所给字母表示)  题组三　实验数据处理 5.(2024江苏盐城中学月考)某同学用伏安法测量导体的电阻率。现有量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0~0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表。采用分压电路接线，待测金属丝Rx的阻值约为5 Ω。 (1)图甲是未完成的实物连线图，图中a为待测金属丝右端接线柱，b为电流表正接线柱，c为滑动变阻器左上端接线柱，d为滑动变阻器左下端接线柱，则导线①应连接　　(选填“a”或“b”)，导线②应连接　　(选填“c”或“d”)。  (2)正确接线后，实验测得的数据如下表，请在图乙中作出U-I图线。 U/V 0.30 0.40 0.80 1.10 1.20 1.60 I/A 0.07 0.09 0.18 0.22 0.27 0.35 (3)用作图法求得Rx的阻值为　　　Ω(结果保留2位有效数字)。  (4)某次用螺旋测微器测金属丝直径d，用游标卡尺测金属丝的长度l，示数如图丙所示，则d=　　　mm，l=　　　cm。  丙 (5)写出该金属丝的电阻率的表达式ρ=　　　　　　　　　　　　　。(用U、I、d、l表示)  答案与分层梯度式解析 3　实验：导体电阻率的测量 基础过关练 1.答案　A　11.25 解析　由游标卡尺的结构原理可知，测内径时应选游标卡尺的内测量爪，即选A，测外径时应选用游标卡尺的外测量爪，即B，测量深度时选用深度尺，即C；题图乙中游标卡尺的主尺读数为11mm，游标尺的读数为5×0.05mm=0.25mm，故钢笔帽的内径为11.25mm。 2.答案　D　H　G　6.700 解析　用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D，使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H，使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动锁紧装置G，使F固定后读数。螺旋测微器读数=固定刻度读数+可动刻度读数=6.5mm+20.0×0.01mm=6.700mm。 3.答案　(1)0.654(0.651、0.656均可)　(2)①A　C　E　②见解析 解析　(1)从题图甲中可读出紧密绕制的39匝金属丝的宽度为2.55cm，故金属丝的直径为≈0.0654cm=0.654mm。 (2)①由于两节干电池串联的电压约为3V，则电压表应选A；通过金属丝的最大电流约为Im==0.6A，则电流表应选C；滑动变阻器采用限流式接法，则滑动变阻器的最大阻值应与金属丝的电阻接近，故应选E。 ②错误a：导线应该连接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱上，而不是接在滑片上；错误b：待测电阻的阻值较小，则电流表应该采用外接法。 4.答案　(1)0.400　(2)右　(3)图见解析　(4) 解析　(1)螺旋测微器的分度值为0.01mm，读数为0+40.0×0.01mm=0.400mm。 (2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应调到最大阻值处，即右端，以保证闭合开关时，电路中的电流最小。 (3)根据电路图可知，滑动变阻器采用限流式接法，测量电路采用电流表外接法，实物图如图所示。 (4)由于作出的U-I图像为一条过原点的倾斜直线，其斜率表示电阻的阻值，可得待测金属丝的阻值为R=k；根据电阻定律可得R=ρ=，联立解得ρ=。 5.答案　(1)a　d　(2)图见解析　(3)4.5(4.4~4.6均可)　(4)1.865(1.864~1.866均可)　4.240　(5) 解析　(1)由于待测电阻阻值较小，与电流表内阻接近，因此采用电流表外接法，以减小实验误差，故导线①应接a；滑动变阻器采用分压式接法，故导线②要与d接通。 (2)根据表中的数据在图中描点，用直线拟合各点，作出的U-I图线如图所示。 (3)根据U-I图线的斜率表示电阻，有Rx==Ω=4.5Ω。 (4)螺旋测微器的精确度为0.01mm，应估读到分度值的下一位，可知其示数为d=1.5mm+36.5×0.01mm=1.865mm；游标卡尺是20分度的，精确度为0.05mm，不需要估读，可知其示数为l=42mm+8×0.05mm=42.40mm=4.240cm。 (5)由欧姆定律可得Rx=，又Rx=ρ，金属丝的横截面积S=π，联立得ρ=。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$