2023年全国乙卷物理试题T23-测量电阻丝电阻率-实验题

【原题-23】 1．一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（阻值）、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（a）是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空：    （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，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为。由此得到流过待测金属丝的电流I= ，金属丝的电阻 。（结果均用、、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： （） 0.57 0.71 0.85 1.14 1.43 （） 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。 （5）用米尺测得金属丝长度。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（b）所示，该读数为 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 。（保留2位有效数字） 【变式题-基础1】 2．有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用电压表测量该圆柱体的电压。螺旋测微器和电压表的示数如图a和b所示。 （1）由上图读得圆柱体的直径为 mm，电压为 V； （2）若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，则圆柱体的电阻表达式R= 。 （3）若圆柱体的直径和长度分别为D、L，则电阻率的关系式为 。（用D、L、I、U表示） 【变式题-基础2】 3．某兴趣小组在物理实验室找到一根粗细均匀未标注材料的导线。兴趣小组想应用所学知识来检测该导线的电阻率。实验室提供的器材有： A．电流表A1（内阻Rg=100Ω，满偏电流Ig=3mA） B．电流表A2（内阻约为0.4Ω，量程为0.6A） C．电压表V（量程3.0V，内阻约为3000Ω） D．定值电阻R0=900Ω E．滑动变阻器R（5Ω，2A） F．干电池组（6V，0.05Ω） G．一个开关和导线若干 H．螺旋测微器，游标卡尺 （1）如图用螺旋测微器测金属棒直径为 mm；如图用游标卡尺测金属棒长为 cm。 （2）按如上图所示的电路测量，测量值比真实值 （填“偏大”或“偏小”）。 （3）根据提供的器材，为了尽可能精确测量金属棒的阻值，设计出电路图如下图所示。若实验测得电流表A1示数为I1，电流表A2示数为I2，则金属棒电阻的表达式为Rx= 。（用I1，I2、R0，Rg表示） 【变式题-基础3】 4．在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某实验小组的同学利用图1所示电路来测量金属丝的电阻    （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，某次测量如图2所示，其读数为 mm； （2）按电路图连接好实物后，闭合开关S前滑动变阻器的滑片应滑至 （选填“左端”或“右端”）； （3）用刻度尺测得金属丝接入电路的长度为l，螺旋测微器测得金属丝的直径为D，电压表读数为U，电流表读数为I，则该金属丝的电阻率ρ= （用本题所给物理量的字母表示）。 【变式题-巩固1】 5．实验小组利用如图1所示电路测量某金属丝的电阻率。 （1）使用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图2所示，金属丝的直径为 mm。 （2）关于电流表和滑动变阻器，有以下器材可供选择： A.电流表量程0~0.6 A，内阻 B.电流表量程0~0.6 A，内阻未知 C.滑动变阻器，最大阻值10 Ω D.滑动变阻器，最大阻值50 Ω 实验中电流表应选择 ，滑动变阻器应选择 。 （3）闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应滑到 （填“最左端”“正中间”或“最右端”）。 （4）闭合开关，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表有一较大读数U，记下此时电阻箱的读数R1和电流表的读数I1。 （5）改变电阻箱的阻值，同时调节滑动变阻器，使电压表的读数仍为U，记下此时电阻箱的读数R2和电流表的读数I2。 （6）重复步骤（5），得到多组电阻箱和电流表的数据，以电阻箱电阻R为横坐标，以电流表电流的倒数为纵坐标建立坐标系（图3），描点连线，获得图线的纵轴截距为b，可知电阻丝电阻为 （用题中给定的符号表示）。 （7）将电阻值代入电阻定律计算电阻丝的电阻率。 【变式题-巩固2】 6．在测量金属丝的电阻率实验中 （1）用螺旋测微器测金属丝的直径，读数如图，则该金属丝直径为 mm。 （2）为测量金属丝电阻，实验室提供了以下器材： 电源：E=6V，内阻不计 电压表V：量程为3V，内阻 电流表A：量程为0.6A，内阻 滑动变阻器R：最大阻值约15Ω 导线，电键若干 该同学先采用下图A电路进行测量： ①该同学将滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表示数为0.92V，电流表示数为0.56A。该同学认为电压表示数偏小，会对实验结果造成较大误差；于是又找到了两个电阻，分别是，，该同学应该选择电路 （填B或C）进行测量。 ②按正确电路图连接好电路，滑片滑到某一位置时，两表示数分别为2. 70V、0.52A，则待测金属丝的阻值为 Ω（保留3位有效数字） 【变式题-巩固3】 7．某工厂为了复制生产某合金金属管，需要测量其中空部分的面积。图（a）为该种金属管的横截面，现截取一段粗细均匀的金属管进行测量： （1）用毫米刻度尺测得该段金属管的长度为L，用螺旋测微器测量金属管的外径d，如图（b）所示，则读数d= mm。 （2）通过查表得知该合金材料的电阻率为，阻值R，则金属管中空部分的面积为 。（结果用字母符号表示） 【变式题-提升1】 8．小李同学在“测定金属的电阻率”实验中。 （1）因电表内阻未知，用如图甲所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1=1.65V，电流表的示数如图乙所示；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U2=1.75V，I1=0.33A．由此可知应采用电流表 （填“内”或“外”）接法。 （2）完成上述实验后，小李同学进一步尝试用其他方法进行实验： 此时所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的平均长度为50.00cm。 ①用螺旋测微器测量金属丝的直径如丙图所示。 ②用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组（电动势3V，内阻约1Ω）、电流表、电压表、滑动变阻器R（0~20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干。小李同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 图丁是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据上述表格的实验数据，补充完成图丁中实物间的连线 ，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。 ③小李同学在坐标纸上建立U、I坐标系。如图戊所示，图中已标出了与测量数据对应的坐标点。描绘出U­I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx可以估算出金属丝电阻率约为 （填选项前的序号） A．1×10-2Ω·m B．1×10-3Ω·m C．1×10-6Ω·m D．1×10-8Ω·m 【变式题-提升2】 9．某同学为侧量电阻丝的电阻率，设计了如图甲所示的电路，电路中是一段电阻率较大，粗细均匀的电阻丝，保护电阻，电源电动势，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良好。 （1）实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为 。 （2）实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中长度x及对应的电流值I。实验数据如表所示。 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28 2.04 2.33 2.63 3.03 3.23 3.57 将表中数据描在坐标纸中，如图丙所示x该图像的斜率的表达式 （用题中字母表示）。由图线求得电阻丝的电阻率 。根据图丙中图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为 （结果均保留两位有效数字）。 【变式题-提升3】 10．如图甲所示，滑动变阻器由接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分组成，滑动变阻器的电阻丝单层密绕在瓷筒上。某实验小组要测量滑动变阻器上所绕电阻丝的电阻率，实验室提供的器材如下： A．待测滑动变阻器Rx，（阻值为3000Ω，额定电流为0.5A） B．电压表（量程为12V，内阻RV=3000Ω） C．电流表（量程为10mA，内阻约为100Ω） D．滑动变阻器R（0～10Ω，额定电流为2A） E．20分度的游标卡尺 F．学生电源（输出电压为直流12V） G．毫米刻度尺 H．开关、导线若干 （1）为了尽可能准确地测量待测滑动变阻器接入电路的电阻，请在虚线框内设计最合理的电路图并完成图乙中实物的连线。( ) （2）实验时的主要步骤如下： 用游标卡尺分别测量待测滑动变阻器瓷筒的直径D1和绕有金属丝部分的截面直径D2，如图丙所示；闭合开关，调整滑动变阻器Rx滑片的位置，测量滑动变阻器Rx接入电路的电阻丝沿瓷筒方向的长度；调整滑动变阻器R滑片的位置，读出电压表和电流表的示数U、I，并计算出Rx值，把Rx与L的对应值填入表格； 改变待测滑动变阻器Rx接入电路的电阻丝沿瓷筒方向的长度L，重复步骤（2）； 测多组Rx和L对应数据，以Rx为纵轴、L为横轴建立坐标系，描点作出Rx-L图线。 请完成下列填空： ①某次测量瓷筒的直径，游标卡尺的示数如图丁所示，则D1= cm。 ②某次实验中，读出电压表和电流表的示数U、I，则待测滑动变阻器接入电路的电阻Rx= （用题中所给字母表示）。 ③实验中作出的Rx-L图线如图戊所示，图线斜率为K，可得待测滑动变阻器所用电阻丝的电阻率的表达式为= 。（用K、D1、D2表示，电阻丝长度等于电阻丝中心轴线的长度） 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1． 0.150##0.151##0.149 5.0 【详解】（1）[1]根据题意可知，两端的电压为 则流过即流过待测金属丝的电流 [2]金属丝的电阻 联立可得 （5）[3]螺旋测微器的读数为 （6）[4]根据电阻定律 又 代入数据联立解得 2． 8.478 2.20 【详解】（1）[1][2] 螺旋测微器最小分度值为0.01mm，螺旋测微器读数为 8mm+47.8×0.01mm=8.478mm 电压表最小分度值为0.1V，所以示数为2.20V。 （2）[3]圆柱体的电阻表达式 （3）[4]由电阻定律，可得电阻率为 3． 6.123##6.121##6.122##6.124##6.125 10.230 偏小 【详解】（1）[1]螺旋测微器的精确值为，由图可知金属丝的直径为 [2]20分度游标卡尺的精确值为，由图可知金属棒长度为 （2）[3]由电路图可知，电流表采用外接法，则误差来源于电压表的分流，使得电流表读数大于通过待测电阻的真实电流，根据欧姆定律 可知电阻测量值比真实值偏小。 （3）[4]由电路连接及欧姆定律可得金属棒的电阻为 4． 2.100 左端 【详解】（1）[1]螺旋测微器的读数为 （2）[2]为保护用电器，闭合开关S前滑动变阻器的滑片应滑至左端； （3）[3]金属丝的电阻为 由电阻定律可得 联立以上两得 5． 0.869##0.868##0.867 A C 最左端 【详解】 （1）[1]螺旋测微器的分度值为0.01 mm，需要估读到分度值的下一位，则金属丝的直径为 （2）[2][3]选用内阻已知的电流表可以通过计算消去电流表分压引起的系统误差，故电流表选择A。 滑动变阻器采用分压接法，故用总电阻较小的C。 （3）[4]为使开始时电压表的读数为零，闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应滑到最左端。 （6）[5]根据题意可知 则 结合图像可知 解得 6． 1.472##1.473##1.474##1.475 C 1.73 【详解】（1）[1]金属丝直径为 （2）①[2]电流表示数接近量程，电压表示数偏小，说明电压表量程偏大或电流表量程偏小，则电流表需并联电阻改装为量程更大的电流表，通过调节滑动变阻器使电表示数合适。该同学应该选择电路C进行测量。 ②[3]通过待测金属丝的电流为 待测金属丝的阻值为 7． 9.950 【详解】（1）[1]用螺旋测微器测量金属管的外径 （2）[2]将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针指到表盘右侧的零刻度处； 欧姆表测得的阻值 根据电阻定律，有 故横截面积为 则金属管中空部分的面积为 8． 外 C 【详解】（1）[1]由电流表的表盘可知电流大小为0.34A，电压表的百分比变化为 η1=×100%≈5.7% 电流表的百分比变化为 η2=×100%≈3.0% 可知电压表的示数变化更明显，故采用电流表外接法。 （2）①[2]②由图表数据可知，待测电阻阻值约为5Ω，若电路采用限流接法，回路最小电流 代入数值约为0.11A，不可能达到0.020A，所以应该是分压接法。实物图如下 实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最左端，以使待测电阻的电压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入。 ③[3]主尺半刻度线未露出，读数为0mm，螺旋尺的读数为 39.8×0.01mm=0.398mm 所以此螺旋测微器读数为 （0＋0.398）mm=0.398mm 图线的斜率即为Rx的阻值，由图像可知，Rx≈4.5Ω。由电阻定律知R=ρ，则 ρ=·R=R≈1.1×10-6Ω·m≈1×10-6Ω·m 故选C。 9． 0.400 【详解】(1)[1]图乙所示螺旋测微器可知，其示数为0.400mm。 (2)[2]根据电阻定律得 由闭合电路欧姆定律得 联立解得 则图线斜率为 [3]应用连线作出图线，如图所示 图像的斜率为 解得 [4]由图线纵截距得 解得 10． 4.015 【详解】（1）[1]由于滑动变阻器R的阻值远远小于待测滑动变阻器Rx，为了更好地控制电压，滑动变阻器应选择分压式接法，另外由于电压表电阻已知，电流表电阻未知，因此应采用电流表外接法，具体的电路图和实物连线图如下 （2）[2][3][4] 由于游标卡尺是20分度，因此 D1=4cm+0.053mm=4.015 cm 由于电压表测的是滑动变阻器Rx的电压，而电流表测的是变阻器Rx和电压表并联的干路电流，因此 电阻丝的直径为 滑动变阻器Rx接入电路的电阻丝沿瓷筒方向的长度为L时电阻丝的匝数为 一圈电阻丝的长度为 因此滑动变阻器Rx接入电路的电阻丝沿瓷筒方向的长度为L时电阻丝的总长度为 设电阻丝的横截面积为S，则 因此 而 因此 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$