【物理】2020届一轮复习人教版伏安法测电阻学案

【物理】2020届一轮复习人教版伏安法测电阻学案

伏安法测电阻 ‎【实验目的】‎ 用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。‎ ‎【实验原理】根据电阻定律公式R=，只要测量出金属导线的长度和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。‎ ‎【实验器材】‎ 被测金属导线，直流电源（4V），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺。‎ ‎【实验步骤】‎ A V R Rx E S ‎1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。‎ ‎2．按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。‎ ‎3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值。‎ ‎4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。‎ ‎5．将测得的R、、d值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。‎ ‎6．拆去实验线路，整理好实验器材。‎ ‎【注意事项】‎ ‎1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。‎ ‎2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。‎ ‎3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。‎ ‎4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。‎ ‎5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。‎ ‎1（12分）（1）在测定金属电阻率的实验中，用螺旋测微器测量一金属丝的直径，螺旋测微器的示数如图所示，该金属丝的直径为 ▲ 。‎ 用欧姆表粗略测得该金属丝的电阻约为2，另外，实验室内还提供了下列器材供重新测定该金属丝的电阻使用：‎ A.电源E（电动势为3.0V ，内阻不计）‎ B.电压表V（量程为0 ～3.0V ，内阻约为2kΩ）‎ C.电流表A（量程为0～0.6A ，内阻约为1Ω）‎ D.滑动变阻器R（最大阻值10Ω，额定电流2.0A）‎ E.开关S一个,导线若干 为获得尽可能高的实验精度，请你利用上述器材设计一个测定金属丝电阻的实验电路，并把实验原理图画在右侧的方框中。‎ Rx A V 解： 0.700mm （2分） ‎ 实验原理图如右图示：电流表外接法（2分） ‎ 滑动变阻器为限流器 （2分） ‎ ‎2(10分)在探究“决定导线电阻因素” 的实验中，需要进行以下测量．‎ ‎（1）用螺旋测微器测得导线的直径如图所示．其读数是　▲　　mm.‎ ‎▲　　▲　　▲‎ ‎（2）欲用伏安法测定一段电阻丝的电阻，其阻值约为12Ω，要求测量结果尽量准确，并且电压、电流测量范围尽可能大一些．下列器材中电流表应选用的是（填选项代号，下同）　　　▲　　，电压表应选用的是　　▲　　，滑动变阻器应选用的是　　▲　　．在下面的方框内画出应采用的电路图．‎ A．电池组E（6V，内阻很小）‎ B．电流表A1（0～3A，内阻0.0125Ω）‎ C．电流表A2（0～0.6A，内阻0.125Ω）‎ D．电压表V1（0～3V，内阻3kΩ）‎ E．电压表V2（0～6V，内阻6kΩ）‎ F．滑动变阻器R1（0～5Ω，2A）‎ G．滑动变阻器R2（0～1000Ω，1A）‎ H．电键、导线 解：（1）0.700　　　　（4分）‎ ‎（2）A2、V1、R1　　（3分）‎ ‎（电路图3分）‎ ‎ 0‎ ‎0‎ ‎40‎ ‎10‎ ‎3（15分）在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图，用米尺测量金属丝的长度l=0.810m．金属丝的电阻大约为4W．先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．‎ ‎（1）从图中读出金属丝的直径为_ _mm．‎ ‎（2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：‎ A．直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；‎ B．电流表A1：量程0~0.6A，内阻0.125 W；‎ C．电流表A2：量程0~3.0A，内阻0.025 W；‎ D．电压表V：量程0~3V，内阻3k W；‎ E．滑动变阻器R1：最大阻值10 W；‎ F．滑动变阻器R2：最大阻值50 W；‎ G．开关、导线等．‎ 在可供选择的器材中，应该选用的电流表是_ _，应该选用的滑动变阻器是_ _．‎ ‎（3）根据所选的器材，在答案卷的方框中画出实验电路图．‎ V A Rx R S E ‎（4）若据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx＝4.1 W，则这种金属材料的电阻率为_ _ W·m．（保留二位有效数字）‎ 答：（1）_0.530_；（2分）‎ ‎（2）_B_；（2分）_F_；（2分）‎ ‎（3）实验电路图如图示 ‎（4）_11.2×10–6_（4分）‎ R µA V S ‎-‎ E R0‎ ‎4(2)用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。‎ 微安表μA(量程200μA，内阻约200Ω)；‎ 电压表V(量程3V，内阻约10kΩ)；‎ 电阻R0 (阻值约20kΩ)；‎ 滑动变阻器R(最大阻值50Ω，额定电流1 A)．‎ 电池组E(电动势3V，内阻不计)；‎ 开关S及导线若干。‎ R µA V S ‎-‎ E R0‎ ‎【答案】实物连接如图 从题目中给的电压表的内阻和电流表的内阻以及待测电阻R0的阻值可以判断测量电路要用伏安法的内接法，变阻器的电阻比较小，所以电源电路采用分压法。‎ ‎5、⑵某研究性学习小组设计了图3所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系．图中E为直流电源，K为开关，K1为单刀双掷开关，V为电压表，A为多量程电流表，R为滑动变阻器，Rx为待测稀盐水溶液液柱．‎ ‎①实验时，闭合K之前将R的滑片P置于 （填“C”或“D”）端；当用电流表外接法测量Rx的阻值时，K1应置于位置 （填“1”或“2”）．‎ Rx R E C D P A V K K1‎ ‎1‎ ‎2‎ 图3‎ 浓度（％）‎ 图4‎ 电阻率（Ω·m）‎ ‎②在一定条件下，用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图4所示（不计由于通电导致的化学变化）．实验中Rx的通电面积为20 cm2，长度为20 cm，用内接法测量Rx的阻值是3500 Ω，则其电阻率为 Ω·m，由图中对应曲线 （填“1”或“2”）可得此时溶液浓度约为 %（结果保留2位有效数字）．‎ 答：① D； 1 ‎ V mA R Rx E S ‎②35； 1 ，0.011至0.014间的数据 ‎ ‎6、Ⅱ．（8分）图为用伏安法测量电阻的原理图。图中，V为电压表，内阻为4000 Ω；‎ mA为电流表，内阻为50 Ω。E为电源，R为电阻箱，Rx为待测电阻，S为开关。‎ ‎ ⑴当开关闭合后电压表读数U＝l.6 V，电流表读数I＝2.0 mA。若将作为测量值，所得结果的百分误差是_______。‎ ‎ ⑵若将电流表改为内接。开关闭合后，重新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值，这时结果的百分误差是________。‎ ‎（百分误差 ）‎ 答：⑴20％ ⑵5％‎ 解析： ‎ ‎（1）测量值为，因电流表外接，所以，故真实值为，对应的百分误差．‎ 金属丝 温控箱 ‎（2）电流表内接时，百分误差．‎ ‎7．(10分)一兴趣小组通过实验探究某金属丝的电阻与温度的关系．实验中有如下器材：金属丝R(常温下电阻约9Ω)、电压表V(0-3V，内阻约3kΩ)、电流表A(0-300mA，内阻约1Ω)、温控箱(能显示温度并可调节温度)、直流电源(3V，内阻可不计)、开关、导线若干．另有滑动变阻器Rl(10Ω，2A)和R2(200Ω，1A)供选用．‎ ‎ (1)实验中用伏安法测量金属丝的电阻，要求电压变化从零开始，多取几组数据，通过图象求出电阻的平均值．请在右边虚线方框中画出实验电路图。上述器材中滑动变阻器应选用_________(选填“R1”或“R2”)． ‎ ‎(2)实验中改变温控箱的温度，分别测出了金属丝在不同温度下的电阻值(如下表所示)．请在下面坐标图中描点作出该金属丝的R一t图象．‎ 次数 物理量 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ t/℃‎ ‎50.0‎ ‎100.0‎ ‎150.0‎ ‎200.0‎ ‎250.0‎ ‎300.0‎ R/Ω ‎9.7‎ ‎11.1‎ ‎12.8‎ ‎14.5‎ ‎17.2‎ ‎17.5‎ A V R R1‎ 金属丝 温控箱 从图象中可以发现金属丝的电阻及和温度t的关系式为R=__________‎ 解：（1）实验电路如右图示, 滑动变阻器应选用R1‎ ‎（2）金属丝的R一t图象如右下图示 R=0.032 t + 8‎ ‎50‎ ‎100‎ ‎150‎ ‎200‎ ‎250‎ ‎300‎ ‎0‎ ‎5.0‎ ‎10.0‎ ‎15.0‎ ‎20.0‎ t/℃‎ R/Ω ‎50‎ ‎100‎ ‎150‎ ‎200‎ ‎250‎ ‎300‎ ‎0‎ ‎5.0‎ ‎10.0‎ ‎15.0‎ ‎20.0‎ t/℃‎ R/Ω ‎8、（11分）一只小灯泡，标有“3V、0.6W”字样。现用右下图给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻R1。（滑动变阻器最大阻值为10Ω；电源电动势为12V，内阻为1Ω；电流表内阻为1Ω，电压表的内阻为10kΩ）。‎ ‎（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。滑动变阻器的连接方式应采用 （选填“分压式”或“限流式”）‎ ‎（2）将你所设计的实验电路图（尽量减小实验误差）画在左下方的虚线框中。‎ ‎（3）用笔画线当导线，根据设计的电路图将实物图连成完整的电路（图中有三根导线已经接好）。开始时，滑动变阻器的滑动触头应该移到最 端（选填“左”或“右”）。‎ ‎ （4）若小灯泡发光暗时的电阻为R2，你根据所学的知识可判断出R1与R2的大小关系为：R1 R2（选填“大于”、“等于”或“小于”）‎ A ‎+‎ ‎-‎ V ‎+‎ ‎-‎ A V S E r V A ‎+‎ ‎-‎ ‎+‎ ‎-‎ 解：（1）外接（1分）分压式（1分）‎ ‎ （2）电路如图所示（3分）；‎ ‎ （3）连接电路如图所示（3分）；‎ 左（1分）若其他接法正确，同样给分 ‎ （4）大于（2分）‎ ‎9 (2)某同学欲对一电阻Rx的变化特性进行研究，他用电流表、电压表等，通过测量Rx中的电流，及两端的电压U，得到了如下表所示的几组数据 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ U/V ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ I/mA ‎2‎ ‎6‎ ‎12‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎48‎ U/V 图b ‎①试在图(a)的坐标纸上描点画出该电阻的伏安特性曲线(I―U图线，可用铅笔)‎ ‎②由图象可知，该电阻的变化特性是： 该电阻可能属于 ．‎ ‎ A．定值电阻 B．热敏电阻 C．光敏电阻 D．压敏电阻 E．普通金属丝电阻 ‎③在实验中，该同学选用的电流表量程为50mA，内阻为100Ω，电压表量程为9.0V，内阻为3.0KΩ．则应选用电流表的 法(填内接或外接)；在实验中，该同学测得一组数据如图(b)所示．则相对应的电阻Rx的数值为Rx= ‎ 答：①电阻的伏安特性曲线如右上图所示．(2分)‎ ‎ ②随电流变大(或温度升高，或电压变大)，电阻变小(1分)；B(2分)‎ ‎ ③外接(1分)；159Ω或160Ω (2分)‎ ‎10（1）某同学用伏安法测电阻．两测量电路图电流表分别为内接和外接，其他条件都相同．若用甲图电路，两表读数分别为2.00 V和0.30 A；若用乙图电路，两表读数为1.51 V和0.31 A．为了使测出的电阻值误差较小，实验应选用图________所示电路．选用此电路的测量值比真实值________（偏大或偏小）．‎ ‎ ‎0‎ ‎0.10‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ U/V I/A ‎0.50‎ ‎0.40‎ ‎0.30‎ ‎0.20‎ ‎ ‎　　（2）下图给出了测量所用的全部器材．请按照选好的电路用导线把所给器材连接起来，使之成为测量电路．注意两个电表要选用适当量程．‎ ‎（3）这位同学用选好的电路进行测量，数据记录如下 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U（V）‎ ‎0.81‎ ‎1.21‎ ‎1.51‎ ‎1.70‎ ‎1.79‎ ‎2.31‎ ‎2.51‎ I（A）‎ ‎0.16‎ ‎0.24‎ ‎0.30‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.42‎ ‎0.50‎ ‎0‎ ‎0.10‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ U/V I/A ‎0.50‎ ‎0.40‎ ‎0.30‎ ‎0.20‎ ‎　请在坐标图中画出U -I图线，并求出＝________．‎ 答：（1）乙，偏小．（4分）　‎ ‎（2）电流表选0.6 A量程，电压表选3 V量程．（2分）‎ ‎　（3）图线（2分），约W5.0（2分）．‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎×1‎ ‎×100‎ ‎×10‎ ‎×10000‎ ‎×100000‎ ‎×1000‎ ‎（b）‎ ‎11．（10分）某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx：电源E，适当量程的电流表电压表各一只，滑线变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干。他设计的电路图如图（a）所示，具体做法：先闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合理，记下两表示数为I1，U1；再保持RP阻值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数为I2、U2．‎ ‎（1）请你帮他按电路图在实物图（b）上连线；‎ ‎（2）写出被测电阻Rx= （用电表的读数表示）；‎ ‎（3）此实验中因电流表有内阻，电压表内阻不是无限大，使被测电阻的测量值 真实值（选填“大于、小于或等于”） ．‎ RP S2‎ Rx S1‎ R V A ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎×1‎ ‎×100‎ ‎×10‎ ‎×10000‎ ‎×100000‎ ‎×1000‎ 解．（1）连线如图示 ‎（2）先闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合理，记下两表示数为I1，U1；设电压表内阻为Rv 再保持RP不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数为I2、U2。‎ ‎（3）“等于”。‎ 评分说明：第（1）实物连图正确，得4分；第（2）表达式4分（不必写计算过程）；第（3）2分。‎ ‎12.(2)（12分）某学校实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管。已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10-8Ω·m ‎。课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度。他们选择了多用电表、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。‎ ‎①他们使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：（请填写第Ⅱ步操作）‎ Ⅰ.将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”、“-”插孔；选择电阻档“×1”；‎ Ⅱ. ；‎ ‎ Ⅲ.把红、黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用表的示数如图（a）所示。‎ A A B P S V E Rx R B A A B P S V E Rx R C A V A B P S E A Rx R A V A B P S E D Rx R ‎ ‎ 图(a) 图(b)‎ ‎0‎ ‎30‎ ‎20‎ ‎25‎ ‎②根据多用电表示数，为了减少实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应从图（b）的A、B、C、D四个电路中选择________电路来测量金属丝电阻；‎ ‎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；‎ 图（c）‎ S1‎ S2‎ V A R1‎ Rx R2‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎④根据多用电表测得的金属丝电阻值，可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为_____m。（结果保留两位有效数字） ‎ ‎⑤用电流表和电压表测量金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。按如图（c）所示的电路进行测量，可以消除由于电表内阻造成的系统误差。利用该电路进行实验的主要操作步骤是：‎ 第一步：先将R2的滑动头调到最左端，单刀双掷开关S2向1闭合，闭合开关S1，调节滑动变阻器R1和R2，使电压表和电流表的示数尽量大些（在不超过量程的情况下），读出此时电压表和电流表的示数U1、I1。‎ 第二步：保持两滑动变阻器滑动头位置不变，将单刀双掷开关S2向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数U2、I2。‎ 请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx= 。‎ 答：（12分）①Ⅱ.将红、黑表笔短接，转动调零旋钮Ω使指针指向零。‎ ‎（或红黑表笔短接，调节欧姆表调零旋钮，使指针指向0Ω）。（2分）;‎ ‎②D（2分）;③ 0.260（2分）；④12~13 ( 3分) ；⑤Rx=（3分）。‎