题目内容

1.某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下:
(1)用游标为20分度的卡尺测量圆柱体的长度如图甲所示,其长度为50.15mm;用螺旋测微器测量圆柱体的直径如图乙,其直径为4.700mm.

(2)用多用电表的电阻“×10”档,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图丙所示,则该电阻的阻值约为160Ω.
(3)该同学想用伏安法更精确的测量其电阻R,现有器材及其代号与规格如下供选择:
A、带侧圆柱体(电阻R)
B、电流表A1(量程0~4mA,内阻约50Ω)
C、电流表A2(量程0~10mA,内阻约30Ω)
D、电压表V1(量程0~3V,内阻约10kΩ)
E、电压表V2(量程0~15V,内阻约25kΩ)
F、滑动变阻器R1(阻值范围0~15Ω,允许通过最大电流为2A)
G、滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ,允许通过最大电流为0.5A)
H、直流电源E(电动势4V,内阻不计)
I、开关S和导线若干
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析.
①完成该实验所需要的器材有:ABDFH(填器材前字母序号)
②请你设计该实验的完整电路图.
(4)若该同学用伏安法所测得阻值与用多用电表测得的阻值R几乎相等,由此可估算此圆柱体材料的电阻率约为ρ=0.076Ω•m.(保留两位有效数字)

分析 (1)游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读;螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读;
(2)用欧姆表测电阻的读数为指针示数乘以倍率,当指针指在中央附近时测量值较准确;
(3)电压从零调起,滑动变阻器应采用分压接法,根据待测电阻阻值与电表内阻的关系确定电流表的接法,然后作出实验电路图.
根据实验数据,由电阻定律求出电阻率.

解答 解:(1)游标卡尺的固定刻度读数为50mm,游标尺上第8个刻度游标读数为0.05×3m=0.15mm,所以最终读数为:50mm+0.15mm=50.15mm;
(2)螺旋测微器的固定刻度读数为4.5mm,可动刻度读数为0.01×20.0mm=0.200mm,所以最终读数为:4.5mm+0.200mm=4.700mm.
(3)该电阻的阻值约为16.0×10Ω=160Ω.
(3)①由题意可知,必须采用的仪器有A、H及I;
电源电压为4V,故电压表选用3V即可;电路中电流最大值I约为:4mA;故电流表选择B;
因G中滑动变阻器太大,故只能选用F中滑动变阻器,且采用分压接法;
②$\frac{R}{{R}_{A}}$=$\frac{220Ω}{30Ω}$≈7.3,$\frac{{R}_{V}}{R}$=$\frac{10000Ω}{220Ω}$≈45.5,
$\frac{{R}_{V}}{R}$>$\frac{R}{{R}_{A}}$,电流表应采用外接法,实验电路图如图所示.
(4)圆柱体电阻R=ρ$\frac{L}{S}$=ρ$\frac{L}{π(\frac{d}{2})^{2}}$,电阻率ρ=$\frac{πR{d}^{2}}{4L}$=$\frac{3.14×218Ω×(4.700×1{0}^{-3}m)^{2}}{4×50.15×1{0}^{-3}m}$≈0.076Ω•m.
故答案为:(1)50.15;4.700;(2)160;(3)①ABDFH;②电路图如图所示;③0.076.

点评 本题考查了游标卡尺与螺旋测微器的读数,游标卡尺与螺旋测微器是高中物理的常用实验器材,它们的读数问题是高考的常考内容,一定要掌握.

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