2024年高考物理一轮复习第9章恒定电流实验专题九第42讲测定金属的电阻率学案含解析.docVIP

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第42讲测定金属的电阻率

一、试验目的

1．驾驭电流表、电压表和滑动变阻器的运用方法。

2．驾驭螺旋测微器和游标卡尺的运用和读数方法。

3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。

二、试验器材

被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(0～0.6A)，电压表(0～3V)，滑动变阻器(50Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。

考点一试验原理与操作

1．试验原理

由电阻定律R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝Req\f(S,l)。金属丝的电阻R用伏安法测量，金属丝的长度l用毫米刻度尺测量，金属丝的横截面积S可由其直径d算出，即S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2，直径d可由螺旋测微器测出。

2．试验步骤

(1)用螺旋测微器测金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S。

(2)按图甲或图乙所示电路图连接好用伏安法测电阻的试验电路(金属丝电阻很小，电流表用外接法)，甲图中把滑动变阻器的滑片调到使接入电路中的电阻值最大的位置，乙图中把滑动变阻器的滑片调到使被测电阻两端电压为零的位置。

(3)将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝的有效长度l。

(4)闭合开关S，变更滑动变阻器滑片的位置，测出多组电流表、电压表的读数。

(5)采纳计算法或采纳图象法求电阻R。

(6)把测量数据代入电阻率公式ρ＝eq\f(πRd2,4l)，计算出金属的电阻率。

(2014·海南高考)现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，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。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和图乙所示。

(1)由图甲读得圆柱体的直径为________mm，由图乙读得圆柱体的长度为________cm。

(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝________。

解析(1)依据螺旋测微器的读数规则可读得圆柱体的直径为d＝1.5mm＋0.344mm＝1.844mm，依据游标卡尺的读数规则可读得圆柱体的长度为l＝42mm＋0.05mm×8＝42.40mm＝4.240cm。

(2)由电阻定律：R＝ρeq\f(L,S)，知ρ＝eq\f(RS,L)，而R＝eq\f(U,I)，S＝eq\f(1,4)πD2，故ρ＝eq\f(πD2U,4IL)。

答案(1)1.844(在1.842～1.846范围内的均正确)4.240(2)eq\f(πD2U,4IL)

方法感悟

用一段长80cm的金属丝做“测定金属的电阻率”的试验。

(1)用多用表粗测电阻丝的电阻，测量值约为6.0Ω。

(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，结果如图甲所示，由此可知金属丝直径的测量结果为________mm。

(3)在用电压表和电流表测金属丝的电阻时，供应下列供选择的器材：

A．直流电源(电动势约为4.5V，内阻很小)

B．电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)

C．电压表(量程0～15V，内阻约15kΩ)

D．电流表(量程0～0.6A，内阻约0.125Ω)

E．电流表(量程0～3A，内阻约0.025Ω)

F．滑动变阻器(阻值范围0～15Ω，最大允许电流1A)

G．滑动变阻器(阻值范围0～200Ω，最大允许电流2A)

H．开关、导线若干

要求有较高的测量精度，并能测得多组数据，在供选择的器材中，电流表应选择________，电压表应选择________，滑动变阻器应选择________。(填字母代号)

(4)依据上面选择的器材，在图乙中完成试验电路的连接。

答案(2)0.936(0.935～0.938均可)

(3)DBF(4)图见解析

解析(2)螺旋测微器固定刻度读数为0.5mm，可动刻度的读数为0.01×43.6mm＝0.436mm，所以最终读数为：0.5mm＋0.436mm＝0.936mm，因为须要估读，故在0.935～0.938mm范围内均正确。

(3)选择电表时，要使指针偏转大一些，偏转到其满刻度的eq\f(2,3)左右比较精确，电源电动势约为4.5V，故电压表选B，电路中最大电流约为eq\f(3,6)A＝0.5A，故电流表选D，待测电阻为6Ω左右，为了便于调整，因此选择阻值范围0～15Ω的滑动变阻器F便可以。

(4)采纳限流接法(分压也可以)，待测电阻较小，因此电流表外接，其实物图如图所示。

考点二数据处理与误差分析

1．测定金属的电阻率的数据处理

(1)公式法求电阻：测量多组电流、电压值，求出对应