2.4实验：测定金属的电阻率 同步练习-2021-2022学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册（word含答案）

2.4实验：测定金属的电阻率 同步练习
1．在“探究电阻与导体长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，金属丝的匝数为39，用刻度尺测出金属丝的长度L，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，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系．
（1）从图中得出金属丝的直径为________mm；
（2）为此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，0～10 Ω
F．滑动变阻器，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实验中某同学的实物接线如图所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误。
错误a：_______；
错误b：________。
2．在“测定金属丝的电阻率”的实验中：
（1）用螺旋测微器测量电阻丝的直径d，其中一次测量结果如图示，则图中读数为d=______。
（2）用电压表测得金属丝两端的电压U，用电流表测得通过金属丝中的电流I，测得的数据如图1（使用量程）、图2（使用量程）所示。
（3）由图中读出的数据计算出金属丝的电阻为______Ω。
（4）若实验测得金属丝的长度为L，则计算金属丝的电阻率的表达式为______（用d、L，表示）。
3．如图，螺旋测微器的读数为______mm；电压表的读数为______V，电流表的读数为______A。
4．在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为3 Ω，实验室备有下列实验器材：
A．电压表V（量程3 V，内阻约为3 kΩ）
B．电流表A（量程0.6 A，内阻约为1 Ω）
C．滑动变阻器R（0~10 Ω，额定电流0.5 A）
D．电源E（电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω）
E.开关S，导线若干
（1）为减小实验误差，应选用图中________（选填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图。
（2）现用刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得其直径示数如丙图，则直径为________mm。图丁为两电表的示数，电压表的读数为______V，电流表的读数为________A。则该金属丝的电阻为________Ω结果保留三位有效数字）。
5．检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。可供使用的器材如下：
A．待测滑动变阻器，全电阻约5Ω（电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）
B．电流表，量程0.6A，内阻约0.6Ω
C．电流表，量程3A，内阻约0.12Ω
D．电压表，量程15V，内阻约15KΩ
E．电压表，量程3V，内阻约3KΩ
F．滑动变阻器R，全电阻约20Ω
G．直流电源E，电动势3V，内阻不计
H．游标卡尺
I．毫米刻度尺
J．电键S导线若干
（1）用伏安法测定的全电阻值，所选电流表___________（填“”或“”），所选电压表为_________（填“”或“”）。
（2）画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路。_____、____
（3）为了进一步测量待测量滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。
需要的器材：（______）
操作步骤：（______）
直径：_______、总长度：________
6．某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ。步骤如下：
（1）用游标为20分度的卡尺测量其长度如图1，由图可知其长度L=______mm；
（2）用螺旋测微器测量其直径如图2所示，由图可知其直径D=______mm；
（3）用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘示数如图3所示，则该电阻的阻值约为______Ω；
（4）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：
待测圆柱体电阻R；
电流表A1（量程0~5mA，内阻约50Ω）
电流表A2（量程0~15mA，内阻约30Ω）
电压表V1（量程0~3V，内阻约10kΩ）
电压表V2（量程0~15V，内阻约25kΩ）
直流电源E（电动势4V，内阻不计）
滑动变阻器R1（阻值范围0~15Ω，允许通过的最大电流2.0A）
滑动变阻器R2（阻值范围0~2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）；
开关S；导线若干
为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，电流表选用______，电压表选用______，滑动变阻器选用______；
（5）请在下面框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号，并用实线代替导线在甲图中链接实物图；（____）
（6）若已知伏安法测电阻电路中电压表和电流表示数分别用U和I表示，则用此法测出该圆柱体材料的电阻率=______；（不要求计算，用题中所给字母表示）
（7）另一同学在其他实验中使用电表测量电压和电流，如图电压表读数______，电流表读数______。
7．一实验小组利用下列器材尽量准确地测量一个定值电阻的阻值。
电源E（电动势为3V，内阻约为）
电流表A（量程为25mA，内阻）
电压表V（量程为3V，内阻约为）
滑动变阻器R（最大阻值为，允许通过的最大电流为1.5A）
开关S及导线若干
（1）一同学先把实验器材连接成如图甲所示电路，然后闭合开关S，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端，观察到电流表的示数由约22mA增加到约25mA。另一同学提出电流变化范围太小，不能获得多组实验数据，这会使电阻的测量产生较大误差。请用笔画线代替导线，在图甲电路连接的基础上对实验电路进行修改完善，并把电压表连接在合理位置。_______
（2）电路修改完善后，闭合开关S前，应把滑动变阻器的滑片移到滑动变阻器的最________（填“左端”或“右端”）。
（3）调节滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压表的示数U和电流表的示数I并记录。若某次电压表和电流表的示数分别如图乙、丙所示，则电压表的示数U=_______V，电流表的示数I=_________mA。
（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图丁所示，图中已标出了与测量数据对应的8个坐标点。请在图中标出（3）中的测量数据的坐标点，并描绘出U-I图线。_______由图线得到定值电阻的阻值=_______（保留三位有效数字）。
8．在做“测定金属丝的电阻率的实验中，若待测金属丝的电阻约为，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：
A．电池组（，内阻约）
B．电流表（，内阻）
C．电流表（，内阻约）
D．电压表（，内阻）
E．电压表（，内阻）
F．滑动变阻器（，允许最大电流）
G．滑动变阻器（，允许最大电流）
H．开关、导线若干
（1）测电阻时，电流表、电压表、待测电阻，在组成测量电路时，应采用电流表_______接法，测量值比真实值偏________（选填“大”或“小”）。
（2）若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为_______。
（3）若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请用R、d、L写出计算金属丝电阻率的表达式_________。
9．利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20Ω。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有:
电池组E（电动势为3.0V，内阻约为1Ω）;
电流表A1（量程0～100mA，内阻约为5Ω）;
电流表A2（量程0～0.6A，内阻约为0.2Ω）;
电阻箱R（0～999.9Ω）;
开关、导线若干。
实验操作步骤如下:
A．用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;
B．将选用的实验器材，按照图甲连接实验电路;
C．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大;
D．将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关，记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏，重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
F.断开开关，整理好器材。
（1）某次测量电阻丝直径d时，螺旋测微器示数如图乙所示，则d=_______mm。
（2）实验中电流表应选择________（选填“A1”或“A2”）。
（3）用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图丙所示的R-L关系图线。图线在R轴的截距为R0，在L轴的截距为L0，再结合测出的电阻丝直径d，写出电阻丝的电阻率表达式ρ=_______（用给定的物理量符号和已知常数表示）。
（4）本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_______影响（选填“有”或“无”）。
参考答案
1．0.646（0.644～0.649均可） A C E 导线连接在滑动变阻器的滑片上 错误 采用了电流表内接法
【详解】
（1）[1]从题图可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.52 cm，故直径为
（2）①[2][3][4]因为两节干电池的电动势约为3 V，电压表选A；因为金属丝的电阻大约为5 Ω，如果把3 V的电动势全加在金属丝上，电流最大为0.6 A，故电流表选C；此题中金属丝的电阻大约为5 Ω，为了减小实验误差，滑动变阻器选E；
②[5][6]由题中数据计算可得出
因而应采用电流表外接法，而图中为内接法，故错误；滑动变阻器连接时导线不能接在滑片上，故错误。
2．0.860 5.00
【详解】
（1）[1]图中示数为
（3）[2]依题意，图1中电压表读数为2.50V，图2中电流表读数为0.50A，根据欧姆定律可得该电阻阻值为
（4）[3]若实验测得金属丝的长度为L，根据电阻定律
又
联立可得该金属丝的电阻率的表达式为
3．0.697 2.60 0.520
【详解】
[1]螺旋测微器的读数为0.5mm+0.01mm×19.7=0.697mm；
[2]电压表的读数为2.60V；
[3]电流表的读数为0.520A。
4．乙 0.607mm-0.609mm 1.20 0.50 2.40
【详解】
（1）[1]因，则为减小实验误差，应选用安培表外接，即采用图中乙为该实验的电路原理图。
（2）[2]用螺旋测微器测得直径为0.5mm+0.01mm×10.8=0.608mm。
[3][4]图丁电压表的读数为1.20V，电流表的读数为0.50A。
[5]则该金属丝的电阻为
5． 游标卡尺、毫米刻度尺 ①数出变阻器线圈缠绕匝数n；②用毫米刻度尺（也可以用游标卡尺）测量所有线圈的排列长度L，可得电阻丝的直径；③用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径D，可得电阻丝总长度；④重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度的平均值。
【详解】
（1）[1][2]因为需要测定的是的全电阻，则
小于表的满偏值的，故选，因为：
故选；
（2）[3][4]
故安培表应用外接法。因为滑动变阻器R约20Ω，而为5Ω。故变阻器R有分压和限流两种接法。分压式接法电路图如图
实物图如图
（3）[5][6][7][8]需要的器材：游标卡尺、毫米刻度尺；
实验步骤：
①数出变阻器线圈缠绕匝数n；
②用毫米刻度尺（也可以用游标卡尺）测量所有线圈的排列长度L，可得电阻丝的直径；
③用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径D，可得电阻丝总长度；
④重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度的平均值。
直径：
总长度：。
6．50.15 4.700 220 A2 U1 R1 2.20V 18.2A
【详解】
（1）[1]由图1可知长度为
L=50mm+3×0.05mm=50.15mm
（2）[2]由图2可知其直径为
D=4.5mm+0.01×20.0mm=4.700mm
（3）[3]多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测得此圆柱体的电阻阻值，表盘的示数如图3，则该电阻的阻值约为220Ω。
（4）[4][5][6]电源电动势为4V，为减小读数误差，电压表应选择U1，电路最大电流约为
则电流表应选择A2；为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压式接法，所以滑动变阻器选择阻值较小的R1。
（5）[7]电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，电路图如下图所示：
（6）[8]由电阻定律可得
由欧姆定律可得
解得
（7）[9][10]如图所示，电压表读数为2.20V，电流表读数为18.2A。
7． 左端 2.20 18.2 105
【详解】
（1）[1]图甲中滑动变阻器为限流接法，在最大范围内调节滑动变阻器接入电路的阻值，电流变化不明显，说明滑动变阻器的阻值明显小于被测电阻的阻值，为获得多组实验数据，减小实验误差，滑动变阻器应改为分压接法。因电流表的阻值已知，为减小由于电压表分流造成的系统误差，应采用电流表内接法。
（2）[2]为保证电路安全，闭合开关S前滑动变阻器的滑片应在最左端。
（3）[3]电压表的最小分度为0.1V，读数为2.20V
[4]电流表的最小分度为1mA，读数为18.2mA。
（4）[5] 在U-I坐标系中标出数据点（18.2mA，2.20V），过原点作一条直线使绝大部分点在这条直线上，舍去明显偏离这条直线的点，其余的点分布在.直线两侧
[6]直线斜率
被测电阻
8．外 小 0.900
【详解】
(1)[1][2]流过金属丝的最大电流
电池组电压又是3 V，故电流表选C，电压表选D；由于待测电阻的电阻值比较小，滑动变阻器选总阻值小的便于调节，故选F；因为
，
故电流表选择外接法，外接法测量值偏小。
(2)[3]从螺旋测微器的主尺上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5 mm，螺旋上接近第40个刻度线，可以估读：40.0×0.01mm=0.400mm，所以该金属丝直径应为：0.5 mm+0.400 mm=0.900 mm。
(3)[4]根据
解得
9．0.732 A1 无
【详解】
（1）[1]根据螺旋测微器读数规则可得
d=0.5mm+0.232mm=0.732mm
（2）[2]根据题意，电路中可能出现的最大电流为
故电流表选择A1即可。
（3）[3]由闭合电路的欧姆定律可知
解得
由图像可知斜率为
解得
（4）[4]由可知，本实验中电流表的内阻RA对电阻率的测量结果无影响。