2024-2025年新教材高中物理第3章恒定電流6科學(xué)測量：金屬絲的電阻率實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)遷移含解析魯科版必修第三冊

PAGE5-科學(xué)測量：金屬絲的電阻率類型1基本試驗(yàn)【典例1】某試驗(yàn)小組找到一段十幾厘米長，用來做定值電阻的粗細(xì)勻稱的導(dǎo)線，想要測定其電阻率，其操作步驟如下：a.用螺旋測微器選取導(dǎo)線不同位置測量其直徑D，求平均值并由此計算截面積Sb.用毫來刻度尺測出導(dǎo)線長度Lc.選擇儀器，設(shè)計電路，將導(dǎo)線連入，利用伏安法測電阻Rd.依據(jù)電阻定律R=ρ計算電阻率(1)上述操作中有一處明顯失誤，正確做法應(yīng)為。

(2)測量直徑時，其中一次如圖所示，其讀數(shù)為________。

(3)若已知這段導(dǎo)線的電阻約為202Ω，要盡量精確地測量其電阻值，已知電源電動勢E=14V，內(nèi)阻可忽視不計，則除了須要導(dǎo)線、開關(guān)以外，在以下備選器材中應(yīng)選用的是________(只填字母代號)

A.電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約1B.電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約0.2C.電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)D.電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ)E.滑動變阻器(0～5Ω，允許最大電流20F.滑動變阻器(0～2000Ω，允許最大電流0.5(4)依據(jù)所選儀器，電路應(yīng)選擇________。

A.限流內(nèi)接 B.限流外接C.分壓內(nèi)接 D.分壓外接【解析】(1)依據(jù)電阻定律R=ρ，L應(yīng)當(dāng)為接入電路中的導(dǎo)線長度，故應(yīng)測量接入電路后導(dǎo)線長度，故b操作錯誤，公式中的L應(yīng)為導(dǎo)線接入電路中的有效長度而非全長；(2)由圖所示螺旋測微器可知，固定刻度示數(shù)為0，可動刻度示數(shù)為20.0×0.01mm=其示數(shù)為：0mm+0.200(3)依據(jù)歐姆定律得最大電流為：Im==A≈0.069A，故電流表應(yīng)選A；電源電動勢E=14V，故電壓表選D；要盡量精確地測量其電阻值，從便于調(diào)整來看，滑動變阻器應(yīng)選E；(4)由于==202>≈74，該電阻為小電阻，故電流表應(yīng)選外接法；滑動變阻器阻值要比待測電阻小，且要求精確測量，故滑動變阻器應(yīng)采納分壓接法，故A、B、C錯誤，D正確。故選D。答案：(1)導(dǎo)線連入電路后再用刻度尺測量其連入電路的有效長度(2)0.200mm(3)A、D【規(guī)律方法】兩種電路的選擇方法(1)阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采納電流表外接法；若Rx較大，宜采納電流表內(nèi)接法。簡潔概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”。(2)臨界值法：a.Rx<時，用電流表外接法。b.Rx>時，用電流表內(nèi)接法。(3)試驗(yàn)摸索法：按圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，假如電壓表的示數(shù)有較大的變更，而電流表的示數(shù)變更不大，則可采納電流表外接法；假如電流表的示數(shù)有較大的變更，而電壓表的示數(shù)變更不大，則可采納電流表內(nèi)接法。類型2數(shù)據(jù)處理【典例2】某試驗(yàn)小組探究了影響導(dǎo)體電阻因素的定量關(guān)系后，想測定某金屬絲的電阻率。(1)用毫米刻度尺測量金屬絲長度為L=64.00cm，用螺旋測微器測金屬絲的直徑如圖甲所示，則金屬絲的直徑d=________mm(2)按如圖乙所示連接好電路，測量金屬絲的電阻Rx。變更滑動變阻器的阻值，獲得六組I、U數(shù)據(jù)描在如圖丙所示的坐標(biāo)系上。由圖可求得金屬絲的電阻Rx=________Ω，該金屬絲的電阻率ρ=________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)。

(3)由于(2)中測量電路電壓表分流，存在________(選填“系統(tǒng)”或“偶然”)誤差，造成電阻率的測量值________(選填“偏大”或“偏小”)。

【解題探究】(1)螺旋測微器讀數(shù)時，應(yīng)留意什么問題？提示：①螺旋測微器的示數(shù)是主尺讀數(shù)與副尺讀數(shù)之和，讀數(shù)時要留意單位統(tǒng)一；②副尺讀數(shù)時，估讀到最小分度值下一位。(2)用U-I圖線的斜率，求Rx的平均值時，有何留意事項(xiàng)？提示：①作U-I圖線時，先舍去誤差較大的點(diǎn)(偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn))；②作U-I圖線時，使剩下的點(diǎn)盡可能落在直線上，實(shí)在落不到直線上的點(diǎn)盡可能均分在直線兩側(cè)。【解析】(1)螺旋測微器的讀數(shù)為固定刻度的毫米數(shù)與可動刻度的n×0.01mm的和(n留意要估讀)，由圖示螺旋測微器可知，其直徑為：0.01mm=(2)將六組數(shù)據(jù)描成一條直線(舍掉第三個點(diǎn))如圖所示，則直線的斜率就是電阻Rx的阻值：Rx=Ω=0.52Ω；依據(jù)電阻定律可得電阻為：Rx=ρ=ρ求得電阻率為：ρ==Ω·m=1.6×10-6Ω·m。(3)在圖乙中用伏安法測電阻時，是沒有計算電壓表的分流的，這樣電流的測量值偏大，導(dǎo)致電阻及電阻率的測量值偏小，這屬于系統(tǒng)誤差。答案：(1)1.600(2)0.52(0.52～0.54均可)1.6×10-6(3)系統(tǒng)偏小【探究訓(xùn)練】現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。(1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)是________mm。

(2)利用下列器材設(shè)計一個電路，盡量精確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω，畫出試驗(yàn)電路圖，并標(biāo)明器材代號。電源E(電動勢10V，內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1 (量程0～250mA，內(nèi)阻R1=5Ω)電流表A2 (量程0～300mA，內(nèi)阻約為5Ω)滑動變阻器R (最大阻值10Ω，額定電流2開關(guān)S及導(dǎo)線若干(3)某同學(xué)設(shè)計方案正確，測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，則這段金屬絲電阻的計算式Rx=________。從設(shè)計原理看，其測量值與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。

【解析】(1)依據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)法則可知讀數(shù)為00.01mm=(2)因該試驗(yàn)沒有電壓表，電流表A1的內(nèi)阻已知，故用A1表當(dāng)電壓表運(yùn)用；由于滑動變阻器的總阻值較小，為了使電路中的電流或電壓調(diào)整范圍大些，應(yīng)采納滑動變阻器的分壓式接法。(3)由