2023版高考物理一轮总复习专题8恒定电流实验8测定金属丝的电阻率课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习专题8恒定电流实验8测定金属丝的电阻率课件，共60页。PPT课件主要包含了常用电表的读数，测电阻的其他几种方法，差值法测电阻等内容，欢迎下载使用。

必 备 知 识·深 悟 固 基
2．实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．
3．伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较
4．滑动变阻器的限流接法和分压接法(1)特点
(2)选择原则①“以小控大用分压，相差无几用限流”．a．采用分压式接法时，一般应选用最大阻值较小、而额定电流较大的滑动变阻器．b．采用限流式接法时，一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器．②必须采用分压式接法的三种情况：a．要求电压从零开始变化；b．滑动变阻器阻值太小，不能起到限流的作用；c．限流式接法不能获取有区分度的多组数据．
(3)长度测量：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，求平均值l．(4)U，I测量：把滑动变阻器的滑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，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S．
7．注意事项(1)本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．(2)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、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．(3)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，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值．
(4)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．(5)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．(6)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A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．
8．误差分析(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小．(2)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差．
基本仪器的使用1．螺旋测微器的使用(1)螺旋测微器的构造如图所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上．旋钮D，微调旋钮D′和可动刻度E，测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上．
(2)螺旋测微器的原理测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm．读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．(3)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．
2．游标卡尺(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm．常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表：
 (4)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，k表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标格数，则记录结果表达为(x＋k×精确度) mm．
关 键 能 力·突 破 要 点
命题一　课标教材原型实验　[基础考查]
2．注意：实验中由于金属丝的电阻较小，采用电流表外接法，由于电压表分流，导致测量的电阻偏小，因而得到的电阻率偏小，这是该实验的系统误差．
例1　(2021年日照二模)在“测量金属丝的电阻率”的实验中，(1) 利用螺旋测微器测量合金丝的直径d时，螺旋测微器的示数如图甲所示，则该合金丝直径的测量值d＝________mm．
(2)如果测出合金丝电阻为r，直径为d，长度为l，则该合金电阻率的表达式ρ＝________．(用上述字母及通用数学符号表示)(3)实验时因电压表的量程不合适，而使用了量程为15 mA 的电流表G和电阻箱改装而成的电压表．请按图乙所示的电路图在答题卡上图丙中完成实物连线．(注意：图中已经有的连线不能改动，电流表G量程用15 mA)
变式1　(2021年湖南师大附中模拟)某同学要测定某金属丝的电阻率．(1)如图1是用游标卡尺测量其长度，为________cm，如图2是用螺旋测微器测量其直径，为________mm，如图3是用多用表×1挡粗测其电阻，为________Ω．
(2)为了减小实验误差，需进一步测其电阻，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下：A．电压表V1(量程3 V，内阻约为15 kΩ)；电压表V2(量程15 V，内阻约为75 kΩ)B．电流表A1(量程0.6 A，内阻约为1 Ω)；电流表A2(量程3 A，内阻约为0.2 Ω)
C．滑动变阻器R1(0～5 Ω，0.6 A)D．滑动变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)E．15 V的干电池两节，内阻不计F．电阻箱G．开关S，导线若干为了测多组实验数据，则滑动变阻器应选用(填“R1”或“R2”) _____ _____．
(3)请设计合理的实验电路，并在虚线框中画出来．
(4)用上面测得的金属丝的长度l、直径d和电阻R，可根据电阻率的表达式ρ＝________算出所测金属的电阻率．
命题二　实验拓展创新　[创新考查]
1．“测定金属的电阻率”实验的核心是导线电阻的测量，除伏安法外，还有几种常用的方法，这也是本实验的主要创新点．(1)安安法：将其中一个电流表(内阻已知)串联一个已知电阻作为电压表来测电压(相当于电表改装)．(2)伏伏法：若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用．
(3)替代法测电阻如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I，则电阻箱的示数即等于待测电阻的阻值．
例2　(2020年全国卷Ⅰ)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω．该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图甲所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间．测量得到如图乙所示的两条U－I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数．
回答下列问题：(1)图乙中标记为图线Ⅱ的是采用电压表跨接在______(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的．(2)根据所用实验器材和图乙可判断，由图线______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω(保留1位小数)．(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω(保留1位小数)．【答案】(1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
变式2　小明用如图甲所示的电路测量电阻Rx的阻值(约几百欧)．R是滑动变阻器，R0是电阻箱，S2是单刀双掷开关，部分器材规格在图乙中已标出．
(1)据图甲实验电路，在图乙中用笔画线代替导线将实物图连接完整．(2)正确连接电路后，断开S1，S2接“1”，调节好多用电表，将两表笔接触Rx两端的接线柱，粗测其阻值，此过程中存在的问题是______________________，正确操作后，粗测出Rx的阻值为R1．
(3)小明通过下列步骤，较准确测出Rx的阻值．①将滑动变阻器的滑片P调至图甲中的A端．闭合S1，将S2拨至“1”，调节变阻器的滑片P至某一位置，使电压表的示数满偏；②调节电阻箱R0，使其阻值________(填“大于R1”或“小于R1”)；③将S2拨至“2”，保持变阻器滑片P的位置不变，调节电阻箱的阻值，使电压表再次满偏，此时电阻箱示数为R2，则Rx＝__________．
【答案】(1)如图　(2)待测电阻未与其他元件断开(3)②小于R1　③R2
深 度 研 练·素 养 提 升
例1　(2021年南京二模)某研究性学习小组测量电阻Rx的阻值过程如下．(1)用多用电表的欧姆挡粗测电阻，选用“×1”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转角度过小，因此需选择__________(填“×10 k”或“×100”)倍率的电阻挡，换挡后应重新____________(填“欧姆”或“机械”)调零，测量时多用电表的示数如图所示，测量结果为________ Ω．
(2)为了精确地测量待测电阻Rx 的阻值，实验室提供了下列器材：A．电流表A1 (量程为500 μA，内阻r1＝800 Ω)B．电流表A2 (量程为1.5 mA，内阻r2≈300 Ω)C．滑动变阻器R(0～100 Ω ；额定电流1 A)D．定值电阻R1＝3 200 ΩE．定值电阻R2＝200 Ω　F．电源(电动势E＝3.0 V，内阻约2 Ω)G．开关S、导线若干
①要求通过待测电阻的电流调节范围尽量大，从而可测量多组实验数据，请将设计好的电路图画在虚线框中(要标出器材的符号)．
②按正确的电路连接，闭合开关，记录电流表A1 、A2 的示数I1 、I2，移动滑动变阻器的滑片，记录多组数据，并作出I1－I2 图线如图所示，则待测电阻Rx＝________Ω (结果保留3位有效数字)．【答案】(1)×100　欧姆　1.9×103　(2)①如图　②2.00×103
【解析】(1)用多用电表的欧姆挡粗测电阻，选用“×1”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转角度过小，则电阻太大，其读数太大误差太大，要减小读数需选择大倍率的挡位所以选择×100倍率的电阻挡．换挡后，欧姆表内阻发生变化，所以应重新进行欧姆调零．测量电阻为19×100 Ω＝1.9×103 Ω ．
变式1　(2021年厦门模拟)指针式多用电表是电路测量的常用工具．现用多用电表测量一个定值电阻的阻值(阻值约为一百多欧姆)．(1)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，接下来必要的操作步骤和正确的顺序是__________．(请将必要步骤前的序号按正确的顺序写出)．
①将选择开关旋转到欧姆挡“×10 ”的位置；②将选择开关旋转到欧姆挡“×100 ”的位置；③用两支表笔的金属部分分别接触电阻的两条引线；④根据指针所指刻度和选择开关的位置，读出电阻的阻值；⑤将两支表笔直接接触，调整“欧姆调零旋钮”使指针指向“0 Ω ”．
(2)若正确测量时指针所指刻度如图所示，则这个电阻的测量值是________Ω．
(3)现用以下器材较准确测量上述待测电阻Rx的阻值：A．待测电阻Rx；B．电源E，电动势约为3.0 V，内阻可忽略不计；C．电流表A1，量程为0～150 mA，内阻r＝20 Ω ；D．电流表A2，量程为0～200 mA，内阻约为5 Ω ；E．直流电压表V，量程为0～15 V，内阻约为30 kΩ ；F．滑动变阻器R，最大阻值为10 Ω，额定电流为1 A ；G．单刀单掷开关S，导线若干．
①实验中为提高精度，应选用________来测量电压(填“A”“B”“C” “D”或“E”)．②在方框中画出测量电阻Rx 的实验电路原理图(图上要标明器材后面的字母)．
③若某次测量中两电表的示数分别为a和b(数值上a大于b)．则计算Rx的表达式为Rx＝________(用a、b、r表示)．
例2　(2021年济南一模)某兴趣小组用如图甲所示的电路测量待测电阻Rx的阻值(约为400 Ω)，图中G(Rg＝100 Ω)为量程10 mA的灵敏电流计，R0为定值电阻(R0＝100 Ω)，R为滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω)．
(1)按照图甲所示的电路图，将图乙中的实物器材连线补充完整．(2)将滑动变阻器置于适当位置后，闭合开关S1．将单刀双掷开关S2接1端，改变滑动变阻器滑片位置，记录此时电流计的示数I1；保持滑动变阻器滑片不动，将S2接2端，记录此时电流计的示数I2．忽略电路中M、N两点间的电压变化，则待测电阻Rx的阻值的表达式为Rx＝________．(用I1、I2、R0、Rx表示)
变式2　某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表V (量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2．实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃．
将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃．实验得到的R2－t数据见下表．
回答下列问题：(1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到______(填“a”或“b”)端．(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2－t曲线．
(3)由图乙可得到RT在25～80 ℃范围内的温度特性．当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________Ω．(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃．
【答案】(1)b　(2)如图　(3)450　(4)620.0　33.0
例3　用半偏法测量电流表G的内阻，某同学设计了如图甲所示电路，器材如下：A．待测电流表G：量程200 μAB．干电池一节，电动势：E＝1.5 VC．电阻箱：0～999.9 ΩD．滑动变阻器：0～10 kΩE．滑动变阻器：0～500 ΩF．开关两个，导线若干
(1)连接电路时，图甲中的R1应选择滑动变阻器________(填“D”或“E”)．(2)用画线代替导线，按图甲电路在图乙中把实物图连接完整．
(3)操作步骤如下：①断开S1、S2，将R1调到最大，连接好电路；②闭合S1，调节R1，使电流表G满偏；③保持R1的滑片不动，再闭合S2，调节R2，使电流表G的示数为100 μA，此时，电阻箱示数如图丙，由此可得出电流表G的内阻rg＝________Ω．
(4)为修正上述测量的系统误差，该同学再找来量程为250 μA的电流表G1，将其串接在干路上，重复上述步骤①②，再闭合S2，调节________ (填“R1”“R2”或“R1和R2”)，使电流表G的示数为100 μA时，电流表G1的示数为200 μA，此时，由上述半偏法可更准确得出rg的值．
【答案】(1)D　(2)如图　(3)242.7　(4)R1和R2
变式3　某同学利用如图所示的电路测定量程为2.5 V 的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．
实验步骤如下①按电路原理图连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2 V，记下电阻箱的阻值．
回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(2)根据电路将图中实物图连线．(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．A．100 μA　　B．250 μA　　C．500 μA　　D．1 mA
【答案】(1)R1　(2)如图　(3)2 520　(4)D
例4　(2021年唐山二模)一金属线材电阻未知且电阻分布不均匀，为了测量其阻值并将其截为阻值相等的两段，实验研究小组设计了如图所示电路，实验器材如下：
未知电阻，阻值约为4.8 Ω；微安表(零刻度在表盘中间)，一端接导线，另一端接表笔；定值电阻R1，阻值10 Ω；电阻箱R2，阻值0～99.9 Ω；电流表，量程0～0.6 A，内阻RA＝1 Ω；电压表，量程0～3.0 V，内阻约为3 000 Ω；滑动变阻器，0～10 Ω；电源，电动势为3 V；开关、导线若干
实验过程如下：(1)按图连接电路，闭合开关之前，将滑动变阻器的滑片滑到最________端(填“左”或“右”)；(2)将电阻箱R2的阻值调整到________Ω，闭合开关；(3)将滑动变阻器R3的滑片调节到合适位置，连接微安表的表笔与未知电阻试触，防止微安表电流过大，不断改变表笔在未知电阻上的接触位置，直到________时，记录此时接触点的位置，即为等分电阻的位置；
(4)保持表笔与记录的接触位置的接触，读出此时电流表和电压表的读数分别为________A和________V．   (5)通过两表读数可以得到未知电阻的阻值为____Ω ．【答案】(1)右　(2)10　(3)流过微安表的电流为零(4)0.50　2.50　(5)5
【解析】(1)按图连接电路，闭合开关之前，要保护电路，让电流最小，则将滑动变阻器的滑片滑到最右端，让阻值最大．(2)由于为了测量其阻值并将其截为阻值相等的两段，则将电阻箱R2的阻值调整与定值电阻R1相等，调为10 Ω．(3)利用了串联电阻的分压作用，当两电阻阻值相等时，电势降低一样，则两触点的电势相等，流过微安表的电流为零，所以为了等分电阻，只需要调节表笔在未知电阻上的接触位置，直到流过微安表的电流为零时，记录此次接触点的位置，即为等分电阻的位置．
变式4　某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100 μA，内阻大约为2 500 Ω)的内阻．可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω，另一个阻值为2 000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2．C、D分别为两个滑动变阻器的滑片．
(1)按原理图甲将图乙中的实物连线．(2)完成下列填空：①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2 000”)．②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到图甲中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．
③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，接通S1．将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”)．④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：____________________________________________．
【答案】(1)如图　(2)①20　②左　③相等　④2 550(3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程
【解析】(2)①滑动变阻器R1采用分压式接法，为了方便调节要选择阻值较小的滑动变阻器；②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端对应的位置；③反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，这说明S2接通前后在BD中无电流流过，可知B与D所在位置的电势相等；