内容正文:
课时提升训练(10) 测量金属丝的电阻率
1.(2023·北京卷)采用图甲所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。
(1)实验时,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P应处在________(填“M”或“N”)端。
(2)按照图甲连接实物图,如图乙所示。闭合开关前检查电路时,发现有一根导线接错,该导线为________(填“a”“b”或“c”)。若闭合开关,该错误连接会带来的问题有________________________。
答案:(1)M (2)b 移动滑片时,电压表和电流表的示数不变
2.(2023·辽宁卷)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图(a)所示的电路图,实验步骤如下:
a.测得样品截面的边长a=0.20 cm;
b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动;
c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;
d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40 A,读出相应的电压表示数U,断开开关S;
e.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图(b)所示,得到直线的斜率k。
回答下列问题:
(1)L是丙到____(填“甲”“乙”或“丁”)的距离;
(2)写出电阻率的表达式ρ=________(用k、a、I表示);
(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=________Ω·m(保留2位有效数字)。
答案:(1)乙 (2) (3)6.5×10-5
解析:(1)由于电压表测量的是乙、丙之间的电压,则L是丙到乙的距离。
(2)根据电阻定律有R=ρ,再根据欧姆定律有R=,联立有U=L,则ρ=。
(3)根据图像可知k=6.5 V/m,则根据(2)代入数据有
ρ=6.5×10-5 Ω·m
3.(2023·浙江1月卷)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(a)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(a)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(b)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图像如图(c)所示。
则I-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)
答案:(1)0.6 0.6 左 (2)乙 (3)2.3(2.1~2.5均可)
0.26(0.24~0.28均可)
解析:(1)实验中用两节干电池供电,则题图中的导线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(a)中滑动变阻器滑片应置于左端。
(2)乙同学通过U-I图像求电阻,可减小实验的误差,则乙同学求电阻的方法更合理。
(3)由题图像可知I-图像斜率k==2.3 mA·m
由电路可知Igrg=(I-Ig)ρ
解得I=Ig+·,Ig=0.3 mA
由图像,则=2.3 mA·m
若要把该表头G改装成量程为9 mA的电流表,则并联的电阻R′=ρ=即L′=
解得L′=0.26 m。
4.(2024·湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图(a)所示的装置。电阻测量原理如图(b)所示,E是电源,V为电压表,A为电流表。
(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压,电流表示数为100 mA,电压表量程为3 V,表盘如图(c)所示,示数为________V,此时金属丝阻值的测量值R为________Ω(保留3位有效数字);
(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;
(3)根据测量数据绘制R-p关系图线,如图(d)所示;
(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压,保持电流为100 mA,电压表指针应该在图(c)指针位置的________(填“左”或“右”)侧;
(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案:(1)1.23(1.22~1.24均可) 12.3(12.2~12.4均可) (4)右
(5)小于
解析:(1)电压表量程为0~3 V,分度值为0.1 V,则电压表读数需估读一位,读数为1.23 V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R==12.3 Ω。
(4)根据题图(d)可知气压越小电阻越大,再根据U=IR可知电流I不变,电阻R增大,故电压增大,电压表的指针位置应该在题图(c)中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=,I测=I真+,即I测偏大,故R测<R真。
5.(2023·广东卷)某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有:电源E(电动势恒定,内阻可忽略);毫安表mA(量程15 mA,内阻可忽略);电阻R1(阻值500 Ω)、R2(阻值500 Ω)、R3(阻值600 Ω)和R4(阻值200 Ω);开关S1和S2;装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池;导线若干。请完成下列实验操作和计算。
(1)电路连接
图甲为实验原理图。在图乙的实物图中,已正确连接了部分电路,只有R4一端的导线还未连接,该导线应接到R3的________(填“左”或“右”)端接线柱。
(2)盐水电导率和温度的测量
①测量并记录样品池内壁的长宽高。在样品池中注满待测盐水。
②闭合开关S1,________开关S2,毫安表的示数为10.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I1为________mA。
③________开关S2,毫安表的示数为15.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I2为________mA。
④断开开关S1,测量并记录盐水的温度。
(3)根据上述数据,计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为________Ω,进而可求得该温度时待测盐水的电导率。
答案:(1)右 (2)②断开 40.0 ③闭合 60.0 (3)100
解析:(1)根据题图甲电路可知,R4一端的导线应接到R3的右端接线柱。
(2)②闭合开关S1,断开开关S2,毫安表的示数为10.0 mA,则通过电阻R4的电流I4=。
根据电路构造可知,流过样品池的电流I1=I3+I4=40.0 mA
③闭合开关S2,毫安表的示数为15.0 mA,则流过R4的电流I4′=
流过样品池的电流I2=I3′+I4′=60.0 mA。
(3)设待测盐水的电阻为R0,根据闭合电路欧姆定律,开关S2断开时E=I1(R0+R2+)
开关S2闭合时E=I2(R0++)
代入数据解得R0=100 Ω。
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