专题16+实验：决定导线电阻的因素（精练）-2019年高考物理双基突破（二）

专题16+实验：决定导线电阻的因素（精练）-2019年高考物理双基突破（二）

‎1．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。‎ ‎（1）用螺旋测微器测量金属丝直径，其中某次测量结果如图所示，其读数应为____ mm（该值接近多次测量的平均值）。‎ ‎（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组（电动势为3 V，内阻约为1 Ω），电流表（内阻约为0.1 Ω），电压表（内阻约为3 kΩ），滑动变阻器R（0～20 Ω，额定电流为2 A），开关，导线若干。‎ 某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 由以上实验数据可知，他测量Rx是采用图中甲和乙中的图________（选填“甲”或“乙”）。‎ ‎（3）如图是测量Rx的实验器材实物图，图中已经连接好了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端，请根据图中所选的电路图，补充完成实物图的连线。‎ ‎ ‎ ‎（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图所示，图中已经标出了与测量数据相对应的四个点，请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线，由图线得到金属丝的阻值Rx＝________ Ω（保留两位有效数字）。‎ ‎（5）根据以上数据可估算出金属丝的电阻率约为______（填选项前的序号）。‎ A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m ‎【答案】（1）0.399 mm（2）甲（3）见解析（4）4.4 Ω（4.4～4.6均可）（5）1×10－6 Ω·m ‎（4）Rx＝＝ Ω＝4.4 Ω。（4.4～4.6均可）‎ ‎（5）C 由Rx＝ρ得ρ＝，代入数据得ρ≈1×10－6 Ω·m。 ‎ ‎3．为了更准确地测量某电压表的内阻RV（RV约为3.0×103 Ω），该同学设计了图所示的电路图，实验步骤如下：‎ A．断开开关S，按图连接好电路；‎ B．把滑动变阻器R的滑片P滑到b端；‎ C．将电阻箱R0的阻值调到零；‎ D．闭合开关S；‎ E．移动滑动变阻器R的滑片P的位置，使电压表的指针指到3 V位置；‎ F．保持滑动变阻器R的滑片P位置不变，调节电阻箱R0的阻值使电压表指针指到1.5 V位置，读出此时电阻箱R0的阻值，此值即为电压表内阻RV的测量值； ‎ G．断开开关S。‎ 实验中可供选择的实验器材有：‎ a．待测电压表 ‎ b．滑动变阻器：最大阻值2 000 Ω c．滑动变阻器：最大阻值10 Ω d．电阻箱：最大阻值9 999.9 Ω，阻值最小改变量为0.1 Ω e．电阻箱：最大阻值999.9 Ω，阻值最小改变量为0.1 Ω f．电池组：电动势约6 V，内阻可忽略 g．开关、导线若干 ‎ 按照这位同学设计的实验方法，回答下列问题：‎ ‎（1）要使测量更精确，除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的滑动变阻器中选用________（填“b”或“c”），电阻箱中选用________（填“d”或“e”）。‎ ‎（2）电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真相比，R测________R真（填“＞”或“＜”＝；若RV越大，则越________（填“大”或“小”）。‎ ‎【答案】（1）d（2）> 小 ‎（2）由闭合电路欧姆定律可知，随着电阻箱的阻值变大，电源两端的路端电压随之变大，当电阻箱调至使电压表半偏时，此时电压表与变阻箱两端的总电压比变阻箱阻值为0时要大，故此时变阻箱的实际分压是大于电压表的，故有R测>R真，外电阻越大，干路电流越小，当外电阻变化时，路端电压的变化量越小，故测量误差也越小。 ‎ ‎4．用伏安法测定电阻约为5 Ω的均匀电阻丝的电阻率，电源是两节干电池。如图甲所示，将电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座的接线柱上，底座的中间有一个可沿电阻丝滑动的金属触头P，触头上固定了接线柱，按下P时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可从刻度尺上读出。实验采用的电路原理图如图乙所示，测量电阻丝直径所用螺旋测微器如图丙所示。‎ ‎ ‎ ‎（1）用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动________使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动________夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动______使F固定后读数。（填仪器部件的字母符号）‎ ‎（2）根据电路原理图乙，用笔画线代替导线，将实物图丁连接成实验电路。‎ ‎（3）闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变P的位置，得到几组U、I、L的数据，用R＝计算出相应的电阻值后作出R－L图线如图所示。取图线上两个点间数据之差ΔL和ΔR，若电阻丝直径为d，则电阻率ρ＝________。‎ ‎【答案】（1）D H G （2）见解析（3） ‎（2）‎ ‎（3）根据R＝ρ，得ΔR＝ρ，而S＝，代入得ρ＝。‎ ‎5．为测定一段金属丝的电阻率ρ，某同学设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，电路中的保护电阻R0＝4.0 Ω，电源的电动势E＝3.0 V，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d＝________ mm。‎ ‎（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aP长度x及对应的电流值I，实验数据如下表所示：‎ x（m）‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ I（A）‎ ‎0.49‎ ‎0.43‎ ‎0.38‎ ‎0.33‎ ‎0.31‎ ‎0.28‎ （A－1）‎ ‎2.04‎ ‎2.33‎ ‎2.63‎ ‎3.03‎ ‎3.23‎ ‎3.57‎ ‎①将表中数据描在－x坐标纸中，如图所示。试作出其关系图线，图象中直线的斜率的表达式k＝________（用题中字母表示），由图线求得电阻丝的电阻率ρ为________ Ω·m（保留两位有效数字）。‎ ‎②根据－x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为________ Ω（保留两位有效数字）。‎ ‎【答案】（1）0.400 mm（2）①见解析 1.1×10－6 Ω·m ②1.4 Ω 根据图象由电阻定律可得R＝ρ，由欧姆定律可得：R＝，则图象斜率k＝，S＝联立解得：k＝＝代入数据得：k＝＝3联立解得电阻率为：ρ＝代入数据得：ρ≈1.1×10－6 Ω·m；‎ ‎②根据－x关系图线纵轴截距为1.8，此时待测电阻丝的电阻为0，由闭合电路欧姆定律得：E＝I（r＋R0）即：3＝（r＋4.0）得：r＝1.4 Ω ‎6．小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。‎ ‎（1）图是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图中画出。‎ ‎（2）小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图上，如图所示。在图中，由电流表外接法得到的数据点是用_____（填“○”或“×”）表示的。‎ ‎（3）请你选择一组数据点，在图上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻__ Ω。‎ ‎【答案】（1）见解析（2）见解析（3）1.6 Ω（1.5～1.7均可）【解析】（1）连线如图甲所示。 ‎ ‎（3）在U－I图象上，选用外接法所得的“×”连线，则R＝＝1.2 Ω（1.1～1.3均可），选用内接法所得的“○”连线，则R＝＝1.6 Ω（1.5～1.7均可）。‎ ‎7．现要测量电流表G1的内阻，给出下列器材：电流表G1，量程5 mA，内阻r1约为150 Ω；电流表G2，量程10 mA，内阻r2约为100 Ω；定值电阻R1＝100 Ω　定值电阻R2＝10 Ω；滑动变阻器R3，0～200 Ω；干电池E，1.5 V，内阻未知；单刀单掷开关S　导线若干 ‎（1）定值电阻选________________；‎ ‎（2）如图所示，在虚线框中已画出部分实验电路设计图，请补充完整，并标明所用器材的代号；‎ ‎（3）若选测量数据中的一组计算r1，所用的表达式为r1＝_______，式中各符号的意义是_______________________。‎ ‎【答案】（1）R1（2）见解析（3） I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数，R1表示定值电阻R1的阻值 ‎【解析】（1）若选R2，则其阻值太小，电流过大，而R1与G1内阻相当，故选R1。‎ ‎（2）电路图如图所示。G2的示数－G1的示数为通过R1的电流值。‎ ‎（3）由并联电路特点得：I1r1＝R1（I2－I1）r1＝ I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数，R1表示定值电阻R1的阻值。‎ ‎8．电学实验中经常需要测量电阻的阻值。‎ ‎（1）测电阻的方法有很多种，现在提供一只标有“220 V　40 W”的灯泡，它正常工作时的电阻为________ Ω。若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻值________（填“大于”“等于”或“小于”）灯泡正常工作时的电阻值。‎ ‎（2）用下列器材设计一个实验，测量该灯泡正常工作时的电阻值。‎ A．220 V交流电源 ‎ B．单刀双掷开关一个 ‎ C．电阻箱一个，0～999.9 Ω，额定电流0.5 A ‎ D．定值电阻一个，0.5 kΩ，额定电流0.3 A ‎ E．交流电流表一个，0～0.3 A 请在虚线框内画出电路原理图。‎ ‎【答案】（1）1 210 Ω 小于 （2）见解析 ‎（2）应用替代法．因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作的电阻值，故应串联一定值电阻，电路原理图如图所示。‎ ‎9．电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法），实验室提供的器材如下：‎ 待测电压表，量程3 V，内阻约为3 000 Ω；‎ 电阻箱R0，最大阻值为99 999.9 Ω；‎ 滑动变阻器R1，最大阻值100 Ω，额定电流2 A；‎ 电源E，电动势6 V，内阻不计；开关2个，导线若干。‎ ‎（1）虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整，如图。‎ ‎（2）根据设计的电路，写出实验步骤：__________________________。‎ ‎（3）将这种方法测出的电压表内阻记为RV′，与电压表内阻的真实值RV相比，RV′____RV（填“＞”、“＝”或“＜”），主要理由是_________________。‎ ‎【答案】（1）见解析（2）见解析（3）＞ 断开S2，调节电阻箱R0使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大 ‎（2）移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏，读取电阻箱的电阻值，此即为测得的电压表内阻。‎ ‎10．有一根细长且均匀的空心金属管线，长约30 cm，电阻约为5 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，现在要尽可能精确测定它的内径d。‎ ‎（1）用螺旋测微器测量金属管线外径D时刻度的位置如图a所示，从图中读出外径为________ mm，应用________（选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”）测金属管线的长度L；‎ ‎（2）测量金属管线的电阻R，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0.05Ω ‎ 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 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________；（填序号）‎ ‎（3）实验中他的实物接线如图b所示，请指出接线中的两处明显错误。‎ 错误1：___________________________________________________________________‎ 错误2：______________________________________________ ___________________‎ ‎（4）用已知的物理常数和应直接测量的物理量（均用符号表示），推导出计算金属管线内径的表达式d＝______________；‎ ‎（5）在实验中，下列说法正确的是________。‎ A．为使电流表读数明显，应使电流尽可能大些 B．为操作方便，中间过程可保持开关S一直处于闭合状态 C．千分尺的精确度是千分之一毫米 D．用千分尺测量直径时必须估读一位 ‎【答案】（1）5.200　毫米刻度尺（2）A C E（3）错误1：导线连接在滑动变阻器的滑片上；错误2：采用了电流表内接法（4）（5）D ‎（2）由于两节干电池的电动势为3 V，所以电压表应选A；由于通过金属管的最大电流为Im＝＝ A＝0.6 A，所以电流表应选C；为了较准确地测出其阻值，滑动变阻器应选E。‎ ‎（3）由于待测金属管阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，连线图中的两处明显错误分别是：‎ 错误1：导线连接在滑动变阻器的滑片上；错误2：采用了电流表内接法。‎ ‎（4）设金属管线内径为d，根据电阻定律应有：R＝，又R＝，联立可得：d＝ ‎（5）由金属的电阻率随温度的升高而增大可知，通过待测金属管线的电流不能太大，所以A错误；为减小温度的影响，中间过程应断开开关，所以B错误；千分尺的精确度是0.01 mm，即应精确到毫米，所以C错误；千分尺读数时必须估读一位，即估读到0.001 mm，所以D正确。‎ ‎11．如图是一同学测量某导电液体电阻率的实物连线图。图中均匀的长直玻璃管内径为d，里面充满待测导电液体，玻璃管两端各装有一电极，电极距离为L。‎ ‎（1）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中导电液体用电阻Rx表示．‎ ‎（2）在接通电路前，为保证器材安全滑动变阻器的滑片P应移到最________端（填“左”或“右”）。在电路调试时，该同学发现：闭合开关S1后，单刀双掷开关S2接到a接点时电压表示数为4.5 V、电流表示数为180 μA；单刀双掷开关S2接到b接点时电压表示数为4.6 V、电流表示数为164 μA.正式测量时，为减小实验误差，单刀双掷开关S2应接到________点（填“a”或“b”）‎ ‎（3）该同学正确完成实验，测得该段液体的电阻R0，则该导电液体的电阻率的表达式为ρ＝____________（用R0、L、d等表示）。‎ ‎【答案】（1）如图所示（2）右　b　（3） ‎（2）接通电路前为保证电路的安全，应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大，即滑片应移到最右端。‎ 分别使用内接法和外接法时电流表示数变化大，电压表示数变化小，说明电流表对示数影响较小，即电流表内阻远小于被测电阻，为减小误差应当采用电流表内接法，故接b点。‎ ‎（3）根据欧姆定律R＝、电阻定律ρ＝及S＝π（）2可得电阻率ρ＝。‎ ‎12．某些固体材料受到外力后除了产生形变外，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：‎ A．电源E，3 V，内阻约为1 Ω ‎ B．电流表A1，0.6 A，内阻r1＝5 Ω C．电流表A2，6 A，内阻r2约为1 Ω ‎ D．开关S，定值电阻R0‎ ‎（1）为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，根据虚线框内电路图的设计，甲表选用________（选填“A1”或“A2”），乙表选用________（选填“A1”或“A2”）。‎ ‎（2）在电阻Rx上加一个竖直向下的力F（设竖直向下为正方向），闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx＝________（用字母表示）。‎ ‎（3）改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值，最后绘成的图象如图所示。当F竖直向下（设竖直向下为正方向）时，可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx＝_______________。（各物理量单位均为国际单位）‎ ‎（4）定值电阻R0的阻值应该选用________________。‎ A．1 Ω B．5 Ω C．10 Ω D．20 Ω ‎【答案】（1）A1　A2　（2）　（3）16－2F　（4）B ‎（2）待测电阻两端的电压U＝I1r1，流过待测电阻的电流I＝I2－I1，因此待测电阻的阻值为Rx＝.‎ ‎（3）由图象的对称性可知，加上相反的压力时，电阻值大小相等；图象与纵坐标的交点为16 Ω，当R＝7 Ω时，对应的力为4.5 N，因此函数表达式Rx＝16－2F。‎ ‎（4）整个回路总电流不能大于0.6 A，而电动势为3 V，因此总电阻应略大于5 Ω，而电源内阻约为1 Ω，因此定值电阻R0的阻值应选5 Ω，即可保证电流不超过量程，也保证电流不太小，两块电流表读数准确。‎