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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第七章 實(shí)驗(yàn)七 測定金屬的電阻率高效演練
1.螺旋測微器
(1)構(gòu)造:如圖甲,S為固定刻度,H為可動(dòng)刻度.
(2)原理:可動(dòng)刻度H上的刻度為50等份,旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周,螺桿P前進(jìn)或后退0.5 mm,則螺旋測微器的精確度為0.01 mm.
甲 乙
(3)讀數(shù)
①測量時(shí)被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出,不足半毫米部分由可動(dòng)刻度讀出.
②測量值(mm)=固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)0.01 (mm)
③如圖乙所示,固定刻度示數(shù)為2.0 mm,不足半毫米,從可動(dòng)刻度上讀的示數(shù)為15.0,最后的讀數(shù)為:2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm.
2.游標(biāo)卡尺
(1)構(gòu)造(如圖所示):主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)外測量爪)、游標(biāo)尺上還有一個(gè)深度尺,尺身上還有一個(gè)緊固螺釘.
(2)用途:測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑.
(3)原理:利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成.
不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度,它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個(gè)的、20個(gè)的、50個(gè)的,見下表:
刻度格數(shù)
(分度)
刻度總
長度
每小格與
1 mm的差值
精確度
(可準(zhǔn)確到)
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)讀數(shù):若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù),K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù),則記錄結(jié)果表達(dá)為(x+K精確度)mm.
3.常用電表的讀數(shù)
對(duì)于電壓表和電流表的讀數(shù)問題,首先要弄清電表量程,即指針指到最大刻度時(shí)電表允許通過的最大電壓或電流值,然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度,按照指針的實(shí)際位置進(jìn)行讀數(shù)即可.
(1)0~3 V的電壓表和0~3 A的電流表讀數(shù)方法相同,此量程下的精確度分別是0.1 V或0.1 A,看清楚指針的實(shí)際位置,讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位.
(2)對(duì)于0~15 V量程的電壓表,精確度是0.5 V,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位,即讀到0.1 V.
(3)對(duì)于0~0.6 A量程的電流表,精確度是0.02 A,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位,這時(shí)要求“半格估讀”,即讀到最小刻度的一半0.01 A.
4.電流表、電壓表測電阻兩種方法的比較
電流表內(nèi)接法
電流表外接法
電路圖
誤差
原因
電流表分壓
U測=Ux+UA
電壓表分流
I測=Ix+I(xiàn)V
電阻
測量值
R測==
Rx+RA>Rx
測量值大于真實(shí)值
R測==
時(shí),用電流表內(nèi)接法.
3.實(shí)驗(yàn)試探法:按如圖所示電路圖接好電路,讓電壓表的一根接線柱P先后與a、b處接觸一下,如果電壓表的示數(shù)有較大的變化,而電流表的示數(shù)變化不大,則可采用電流表外接法;如果電流表的示數(shù)有較大的變化,而電壓表的示數(shù)變化不大,則可采用電流表內(nèi)接法.
二、數(shù)據(jù)處理
1.在求Rx的平均值的兩種方法
(1)第一種是用Rx=算出各次的數(shù)值,再取平均值.
(2)第二種是用U-I圖線的斜率求出.
2.計(jì)算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算公式ρ=Rx=.
三、誤差分析
1.金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差.
2.若為內(nèi)接法,電流表分壓,若為外接法,電壓表分流.
四、注意事項(xiàng)
1.測量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進(jìn)行,測量金屬絲的長度,應(yīng)在連入電路后拉直的情況下進(jìn)行.
2.本實(shí)驗(yàn)中被測金屬絲的阻值較小,故采用電流表外接法.
3.電流不宜太大(電流表用0~0.6 A量程),通電時(shí)間不宜太長,以免金屬絲溫度升高,導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中變大.
考點(diǎn)一 測量儀器、儀表的讀數(shù) [學(xué)生用書P133]
(1)如圖甲所示的三把游標(biāo)卡尺,它們的游標(biāo)尺從上至下分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分,它們的讀數(shù)依次為________mm,________mm,________mm.
(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,示數(shù)如圖乙所示,則金屬絲的直徑是________mm.
(3)①圖丙使用0.6 A量程時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤上每一小格代表________A,圖中表針示數(shù)是________A;當(dāng)使用3 A量程時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤中每一小格代表________A,圖中表針示數(shù)為________A.
②圖丁使用較小量程時(shí),每小格表示________V,圖中表針的示數(shù)為________V.若使用的是較大量程,則這時(shí)表盤刻度每小格表示________V,圖中表針示數(shù)為________V.
[解析] (1)最上面圖讀數(shù):整毫米是17,不足1毫米數(shù)是70.1 mm=0.7 mm,最后結(jié)果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm.
中間圖讀數(shù):整毫米是23,不足1毫米數(shù)是170.05 mm=0.85 mm,最后結(jié)果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm.
最下面圖讀數(shù):整毫米是3,不足1毫米數(shù)是90.02 mm=0.18 mm,最后結(jié)果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm.
(2)固定刻度示數(shù)為2.0 mm,不足半毫米的從可動(dòng)刻度上讀,其示數(shù)為15.0,最后的讀數(shù):2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm.
(3)①使用0.6 A量程時(shí),刻度盤上的每一小格為0.02 A,表針示數(shù)為0.44 A;當(dāng)使用3 A量程時(shí),每一小格為0.1 A,表針示數(shù)為2.20 A.
②電壓表使用3 V量程時(shí),每小格表示0.1 V,表針示數(shù)為1.70 V;使用15 V量程時(shí),每小格表示0.5 V,表針示數(shù)為8.5 V.
[答案] (1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150
(3)①0.02 0.44 0.1 2.20?、?.1 1.70 0.5 8.5
考點(diǎn)二 儀器的選擇和數(shù)據(jù)處理 [學(xué)生用書P133]
(xx高考山東卷)實(shí)驗(yàn)室購買了一捆標(biāo)稱長度為100 m的銅導(dǎo)線,某同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)測定其實(shí)際長度.該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0 mm2,查得銅的電阻率為1.710-8 Ωm,再利用圖甲所示電路測出銅導(dǎo)線的電阻Rx,從而確定導(dǎo)線的實(shí)際長度.
可供使用的器材有:
電流表:量程0.6 A,內(nèi)阻約0.2 Ω;
電壓表:量程3 V,內(nèi)阻約9 kΩ;
滑動(dòng)變阻器R1:最大阻值5 Ω;
滑動(dòng)變阻器R2:最大阻值20 Ω;
定值電阻:R0=3 Ω;
電源:電動(dòng)勢6 V,內(nèi)阻可不計(jì);
開關(guān)、導(dǎo)線若干.
回答下列問題:
(1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(填“R1”或“R2”),閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至________端(填“a”或“b”).
(2)在圖乙所示的實(shí)物圖中,已正確連接了部分導(dǎo)線,請(qǐng)根據(jù)圖甲電路完成剩余部分的連接.
(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50 A時(shí),電壓表示數(shù)如圖丙所示,讀數(shù)為________V.
(4)導(dǎo)線實(shí)際長度為________m(保留2位有效數(shù)字).
[解析] (1)根據(jù)R=ρ,得銅導(dǎo)線的阻值約為Rx=1.7 Ω,即Rx+R0=4.7 Ω.實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器若選R1,則當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片移至a端時(shí),電壓表的示數(shù)約為3 V,若滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng),電壓表示數(shù)變大,超過電壓表量程,故實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R2.閉合開關(guān)S前應(yīng)使電路中的電阻最大,故滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)移至a端.
(2)連線如圖所示.
(3)電壓表的示數(shù)為2.30 V.
(4)根據(jù)歐姆定律,銅導(dǎo)線與R0的串聯(lián)電阻R== Ω=4.6 Ω,所以銅導(dǎo)線的電阻Rx=R-R0=1.6 Ω.
根據(jù)Rx=ρ得導(dǎo)線長度l== m≈94 m.
[答案] (1)R2 a (2)見解析圖 (3)2.30(2.29~2.31均正確) (4)94(93~95均正確)
考點(diǎn)三 對(duì)誤差分析和實(shí)驗(yàn)原理的考查
[學(xué)生用書P134]
在“測定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,若待測金屬絲的電阻約為5 Ω,要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,提供以下器材供選擇:
A.電池組(3 V,內(nèi)阻1 Ω)
B.電流表(0~3 A,內(nèi)阻0.012 5 Ω)
C.電流表(0~0.6 A,內(nèi)阻0.125 Ω)
D.電壓表(0~3 V,內(nèi)阻4 kΩ)
E.電壓表(0~15 V,內(nèi)阻15 kΩ)
F.滑動(dòng)變阻器(0~20 Ω,允許最大電流1 A)
G.滑動(dòng)變阻器(0~2 000 Ω,允許最大電流0.3 A)
H.開關(guān)、導(dǎo)線若干
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從上述器材中選用________(填寫儀器前的字母代號(hào));
(2)測電阻時(shí),電流表、電壓表、待測金屬絲電阻Rx在組成測量電路時(shí),應(yīng)采用電流表________(選填“外”或“內(nèi)”)接法,待測金屬絲電阻的測量值比真實(shí)值偏________(選填“大”或“小”);
(3)若用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如圖所示,則讀數(shù)為________mm;
(4)若用L表示金屬絲的長度,d表示直徑,測得電阻為R,請(qǐng)寫出計(jì)算金屬絲電阻率的表達(dá)式ρ=________.
[解析] (1)電池組電壓是3 V,流過金屬絲的最大電流Im==0.5 A,故電流表選C,電壓表選D;滑動(dòng)變阻器選總阻值小的,便于調(diào)節(jié),故選F;另外要選導(dǎo)線、開關(guān).
(2)因?yàn)椋?0,=800,故電流表選擇外接法,外接法測量值偏?。?
(3)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則知,讀數(shù)是0.5 mm+40.00.01 mm=0.900 mm.
(4)由于R=ρ=ρ,解得ρ=.
[答案] (1)ACDFH (2)外 小 (3)0.900 (4)
[學(xué)生用書P134]
“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)的核心是導(dǎo)線電阻的測量,除伏安法外,還有幾種常用的方法,這也是本實(shí)驗(yàn)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn).
方法一:伏伏法
1.(xx陜西西工大附中適應(yīng)性訓(xùn)練)用以下器材可測量電阻Rx的阻值.
A.待測電阻Rx,阻值約為600 Ω
B.電源E,電動(dòng)勢約為6.0 V,內(nèi)阻可忽略不計(jì)
C.毫伏表V1,量程為0~500 mV,內(nèi)阻r1=1 000 Ω
D.電壓表V2,量程為0~6 V,內(nèi)阻r2約為10 kΩ
E.電流表A,量程為0~0.6 A,內(nèi)阻r3約為1 Ω
F.定值電阻R0,R0=60 Ω
G.滑動(dòng)變阻器R,最大阻值為150 Ω
H.單刀單擲開關(guān)S一個(gè),導(dǎo)線若干
(1)測量中要求兩塊電表的讀數(shù)都不小于其量程的1/3,并能測量多組數(shù)據(jù),請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出測量電阻Rx的實(shí)驗(yàn)電路圖.
(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算Rx,則由已知量和測量量計(jì)算Rx的表達(dá)式為Rx=________,式中各符號(hào)的意義是:________________________________________________________________________.
(所有物理量用題中代數(shù)符號(hào)表示)
[解析] (1)電路的最大電流為I==0.01 A,電流表量程太大,可以把毫伏表并聯(lián)一個(gè)定值電阻改裝成電流表,電壓表選擇V2即可,要求測量多組數(shù)據(jù),滑動(dòng)變阻器需用分壓式接法,電路如圖.
(2)流過被測電阻的電流為I=+=,被測電阻阻值為Rx==.
[答案] (1)測量電路如解析圖所示
(2) U1為毫伏表V1的讀數(shù),U2為電壓表V2的讀數(shù),r1為毫伏表的內(nèi)阻,R0為定值電阻
[總結(jié)提升] 已知內(nèi)阻的電壓表可當(dāng)做電流表使用,若量程太小可以配合定值電阻增大其量程,這是設(shè)計(jì)電路中的高頻考點(diǎn).
方法二:安安法
2.(xx福建南安模擬)為測定一個(gè)待測電阻Rx的阻值(阻值約為200 Ω),實(shí)驗(yàn)室提供如下器材:
電池組E:電動(dòng)勢3 V,內(nèi)阻不計(jì)
電流表A1:量程0~15 mA,內(nèi)阻約為100 Ω
電流表A2:量程0~300 μA,內(nèi)阻1 000 Ω
滑動(dòng)變阻器R1:阻值范圍0~20 Ω,額定電流2 A
電阻箱R2:阻值范圍0~9 999 Ω,額定電流1 A
開關(guān)S、導(dǎo)線若干
要求實(shí)驗(yàn)中盡可能準(zhǔn)確地測量Rx的阻值,請(qǐng)回答下面問題:
(1)為了測量待測電阻兩端的電壓,可以將電流表________(填寫器材代號(hào))與電阻箱串聯(lián),并將電阻箱阻值調(diào)到________Ω,這樣可以改裝成一個(gè)量程為3.0 V的電壓表;
(2)在方框中畫出完整測量Rx阻值的電路圖,并在圖中標(biāo)明器材代號(hào);
(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1,兩表的示數(shù)如圖所示,可讀出電流表A1的示數(shù)是________mA,電流表A2的示數(shù)是________μA,測得待測電阻Rx的阻值是________.本次測量存在一定的系統(tǒng)誤差,考慮這個(gè)原因測量值較真實(shí)值________(填“偏大”或“偏小”).
[解析] (1)題目未給出電壓表,把A2和R2串聯(lián)起來充當(dāng)電壓表,此電壓表量程為3 V,
R=-1 000 Ω=9 000 Ω.
(2)電路圖如圖所示.
(3)由圖示可知,電流表A1的示數(shù)為8.0 mA,電流表A2的示數(shù)是150 μA,電流表A2的電壓讀數(shù)為1.5 V,待測電阻阻值為Rx===187.5 Ω.
測量的電流值偏大,因此測量的電阻偏小.
[答案] (1)A2 9 000 (2)見解析圖 (3)8.0 150
187.5 Ω 偏小
[總結(jié)提升] 已知內(nèi)阻的電流表可當(dāng)做電壓表使用,若量程太小,配合定值電阻可以增大其量程,這也是電學(xué)設(shè)計(jì)電路的高頻考點(diǎn).
方法三:等效法
如圖所示,先讓待測電阻與一電流表串聯(lián)后接到電動(dòng)勢恒定的電源上,讀出電流表示數(shù)I;然后將電阻箱與電流表串聯(lián)后接到同一電源上,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電流表的示數(shù)仍為I,則電阻箱的讀數(shù)等于待測電阻的阻值.
3.某同學(xué)測量一個(gè)圓柱體的電阻率,需要測量圓柱體的尺寸和電阻.
(1)分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑,某次測量的示數(shù)如圖甲和乙所示,長度為________ cm,直徑為________ mm.
(2)按圖丙連接電路后,實(shí)驗(yàn)操作如下:
①將滑動(dòng)變阻器R1的阻值置于最______處(填“大”或“小”);將S2撥向接點(diǎn)1,閉合S1,調(diào)節(jié)R1,使電流表示數(shù)為I0.
②將電阻箱R2的阻值調(diào)至最________(填“大”或“小”),S2撥向接點(diǎn)2;保持R1不變,調(diào)節(jié)R2,使電流表示數(shù)仍為I0,此時(shí)R2阻值為1 280 Ω.
(3)由此可知,圓柱體的電阻為________ Ω.
[解析] (1)游標(biāo)卡尺的精度為0.1 mm,所以L=(50+10.1)mm=5.01 cm,螺旋測微器的讀數(shù)為d=(5+31.60.01)mm=5.316 mm.
(2)①為了保護(hù)電流表,在接通電路之前,要使電路中的總電阻盡可能大,然后慢慢減小電路中的電阻.
②為使電路電流較小,使電流表示數(shù)逐漸變大,電阻箱阻值也應(yīng)先調(diào)至最大.
(3)將S1閉合,S2撥向接點(diǎn)1時(shí),其等效電路圖如圖甲所示.
當(dāng)S2撥向2時(shí),其等效電路圖如圖乙所示.
由閉合電路歐姆定律知I=,當(dāng)I相同均為I0時(shí),R2=R圓柱體,所以R圓柱體=1 280 Ω.
[答案] (1)5.01 5.316(5.310~5.320) (2)①大?、诖蟆?3)1 280
[總結(jié)提升] 電阻箱也可用一定值電阻R0代替,若Rx中的電流為Ix,R0中的電流為I0,則:=.
[學(xué)生用書P135]
1.(xx高考新課標(biāo)全國卷Ⅱ)在伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中,待測電阻Rx約為200 Ω,電壓表V的內(nèi)阻約為2 kΩ,電流表A的內(nèi)阻約為10 Ω,測量電路中電流表的連接方式如圖甲或圖乙所示,結(jié)果由公式Rx=計(jì)算得出,式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù).若將圖甲和圖乙中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2,則________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實(shí)值,且測量值Rx1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實(shí)值,測量值Rx2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實(shí)值.
解析:根據(jù)題意知>,電壓表的分流作用較顯著,故Rx1更接近待測電阻的真實(shí)值.圖甲的測量值是Rx與RA串聯(lián)的電阻阻值,故Rx1>Rx真;圖乙的測量值是Rx與RV并聯(lián)的電阻阻值,故Rx2
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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí)
第七章
實(shí)驗(yàn)七
測定金屬的電阻率高效演練
2019
2020
年高
物理
一輪
復(fù)習(xí)
第七
實(shí)驗(yàn)
測定
金屬
電阻率
高效
演練
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