3 实验：导体电阻率的测量练习2021-2022学年物理必修第三册人教版2019（word含解析）

3　实验:导体电阻率的测量
基础过关练
题组一　游标卡尺和螺旋测微器
1.(2020山东青岛五十八中高二期中)图甲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。
甲
乙
2.(2020福建龙岩一中高二期中)现有一合金制成的圆柱体,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度,示数如图(a)和图(b)所示。
由图读得圆柱体直径为　　　mm,长度为　　　cm。
题组二　实验:金属丝电阻率的测量
3.在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 Ω,电压表 V的内阻约为2 kΩ,电流表A的内阻约为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。
结果由Rx=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的读数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为和,则　　　　(填“”或“”)更接近待测电阻的真实值,且测量值　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
4.某同学想要了解导线在质量相等时,电阻与横截面积的关系,他选取了材料相同、质量相等的5卷导线,进行了如下实验:
(1)用螺旋测微器测量某一导线的直径如图所示,读得直径d=　　　　mm。
(2)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据:
电阻R/Ω 121.0 50.0 23.9 10.0 3.1
导线直径d/mm 0.801 0.999 1.201 1.494 1.998
导线横截面积S/mm2 0.504 0.783 1.132 1.752 3.134
请你根据以上数据判断,该种导线的电阻R与横截面积S是否满足反比关系 若满足反比关系,请说明理由;若不满足,请写出R与S应满足的关系。　　　　　。
(3)若导线的电阻率ρ=5.1×10-7 Ω·m,则表中阻值为3.1 Ω的导线长度l=　　　　m(结果保留两位有效数字)。
5.(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为　　　　mm,合金丝的直径为　　　　mm。
(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图甲所示的实验电路图,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。
6.(2020安徽安庆一中高二月考)一只小灯泡,标有“3 V,0.6 W”字样,现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻:电源(电压为12 V)、最大阻值为5 Ω的滑动变阻器、电流表(内阻为1 Ω)、电压表(内阻为10 kΩ)、开关一个、导线若干。
(1)在设计电路的过程中,为了尽量减小实验误差,电流表应采用　　　　(选填“内接”或“外接”)法。滑动变阻器应采用　　　　(选填“分压式”或“限流式”)接法。
(2)在下面的虚线框内画出你所设计的实验电路图。
　　　　　　　　　
能力提升练
题组一　基本仪器的使用和读数
1.(2021湖南常德高二上期中,)(1)如图甲所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分,它们的读数依次为　　　　mm,　　　　mm,　　　　mm。
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图乙所示,则金属丝的直径是　　　　mm。易错
题组二　伏安法测电阻时电流表内外接法的选取
2.(2020四川成都外国语学校高二期中,)在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20 kΩ,电流表的内阻约为10 Ω,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上,如图所示。
(1)根据各点表示的数据描出I-U图线,由此求得该电阻的阻值Rx=　　　　Ω(保留两位有效数字)。
(2)在虚线框内画出用伏安法测量该电阻的部分电路图。
　　　　　　　　　　
3.(2020贵州铜仁一中月考,)一个待测电阻,无法估计其电阻值,某同学用伏安法测量此电阻的阻值,用如图所示甲、乙两种电路各测一次,用图甲测得的数据是3.0 V,3.0 mA;用图乙测得的数据是2.9 V,4.0 mA。由此可知,用图　　　测得Rx的误差较小,测量值Rx=　　　。
题组三　实验:金属丝电阻率的测量
4.(2020宁夏银川二中月考,)实验室新进了一批低电阻的金属丝(如实物图中电阻),已知金属丝的电阻率ρ=1.7×10-8 Ω·m。课外活动小组的同学们设计了一个实验来测算使用的金属丝长度。他们选择了电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器(千分尺)、导线和学生电源等器材。在实验中,尽量减小实验误差,并在实验中获得较大的电压调节范围。
(1)应从下图所示的A、B、C、D四个电路中选择　　　电路来测量金属丝电阻。
(2)请把下面的实物按照原理图连接起来,要求导线不能交叉。
(3)他们使用千分尺测量金属丝的直径,示数如图所示,金属丝的直径为　　　　mm。
(4)实验中电压表示数为2.0 V时,电流表示数为0.5 A,根据金属丝的电阻值,可估算出金属丝的长度约为　　　　m。(结果保留三位有效数字)
答案全解全析
3　实验:导体电阻率的测量
基础过关练
1.答案　A　11.25
解析　测钢笔帽内径应该用游标卡尺的内测量爪;游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标尺读数为0.05×5 mm=0.25 mm,故钢笔帽的内径为11.25 mm。
2.答案　1.846　4.240
解析　由题图读得圆柱体的直径为1.5 mm+0.01×34.6 mm=1.846 mm;圆柱体的长度为42 mm+0.05×8 mm=42.40 mm=4.240 cm。
3.答案　Rx1　大于　小于
解析　待测电阻Rx约为200 Ω,==0.1,==0.05,Rx>,所以采用电流表内接法测量更准确,即用图甲电路测得的电阻值Rx1更接近待测电阻的真实值。因为Rx1==Rx+RA,则Rx1>R真;因为Rx2==,则Rx24.答案　(1)1.200
(2)不满足,R与S2成反比(或RS2=常量)
(3)19
解析　(1)螺旋测微器读数为(1+0.01×20.0) mm=1.200 mm。
(2)由表中数据可知R与S不成反比,R与S2成反比(或RS2=常量)。
(3)由R=ρ可得l== m=19 m。
5.答案　(1)0.004　0.641　(2)如图所示
解析　(1)校零时螺旋测微器读数为0.004 mm,合金丝的直径为0.645 mm-0.004 mm=0.641 mm。
(2)根据电路图可知,滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,实物电路连接如答图所示。
6.答案　(1)外接　分压式　(2)如图所示
解析　(1)因小灯泡正常发光时的电阻约为Rx==15 Ω,而电流表、电压表的内阻分别为1 Ω和10 kΩ,满足Rx<,电流表应采用外接法;实验中因小灯泡的额定电压为3 V,而电源电压为12 V,滑动变阻器阻值较小,所以滑动变阻器应采用分压式接法。
(2)根据(1)中分析,画出实验电路图如答图所示。
能力提升练
1.答案　(1)17.7　23.85　3.18　(2)1.150
解析　(1)最上面图读数:主尺读数为17 mm,游标尺读数为7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。
中间图读数:主尺读数为23 mm,游标尺读数为17×0.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。
最下面图读数:主尺读数为3 mm,游标尺读数为9×0.02 mm=0.18 mm,最后结果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm。
(2)固定刻度示数为1 mm,可动刻度示数为15.0×0.01 mm=0.150 mm,金属丝的直径为1 mm+0.150 mm=1.150 mm。
易错警示
使用螺旋测微器时的注意点
(1)螺旋测微器应估读一位,以mm作为单位,应读到小数点后面的第三位。
(2)读数时,除了观察固定刻度的整毫米数外,特别要注意半毫米刻度线是否露出。
2.答案　见解析
解析　(1)图线如图所示
Rx==2.4×103 Ω(2.3×103~2.5×103 Ω均可)
(2)因满足Rx>,故采用电流表内接法。
3.答案　甲　1 000 Ω
解析　对比两次测量中电压和电流的变化量,电压的变化量为原电压的,电流的变化量为原电流的,说明电压的变化量远小于电流的变化量。因此,电流表分压不明显,即电流表内阻RA Rx,所以采用图甲测量时误差较小,且Rx== Ω=1 000 Ω。
4.答案　(1)D　(2)见解析　(3)0.260　(4)12.5
解析　(1)要获得较大的电压调节范围,滑动变阻器采用分压式接法,排除A、C。由于待测电阻较小,电流表选择外接法,所以选项D正确。
(2)连线需要注意滑动变阻器采用分压式接法,电路图如图所示。
(3)固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为26.0×0.01 mm=0.260 mm,最终的读数为0.260 mm。
(4)金属丝的电阻R== Ω=4 Ω,依据电阻定律R=ρ=ρ,代入测出的金属丝直径和已知的电阻率、电阻,计算可得l≈12.5 m。